Organiskt material i dricksvatten omsätts av mikroorganismer och ger upphov till tillväxt där omkring 95-98% av bakteriemängden återfinns på ytor, som insidan av rörledningar, filtersand eller vattentornens bassängväggar, medan 2-5% av bakterierna finns i vattnet. När bakterier växer försöker de fästa bättre mot de ytor de växer på. Därvid bildar de bland mycket annat ett ganska tjockt lim som kallas extracellulär matris eller extracellulära polymerer. Med hjälp av limmet håller de lättare ihop, stannar kvar på ytorna och lossnar inte från dem alltför lätt. En del är känt om det extracellulära materialet men långt ifrån allt.
Av: Kenneth M Persson
Dricksvatten bereds med metoder för att garantera hälsosamt och rent vatten. Klorering är en viktig desinfektionsmetod som oxiderar bakteriernas cellväggar och cellmembran och åstadkommer skador i cellstrukturern, vilket minskar möjligheterna för bakterier att växa. Kvarvarande klor efter primärdesinfektionen kan följa med vattnet ut i ledningsnätet och fortsätta reagera genom kemisk oxidation av biofilm och biofilmens extracellulära innehåll. Dessa exopolymera ämnen (EPS) reagerar ibland med klor och andra desinfektionsmedel i dricksvattennätet och bidrar till förekomsten av desinfektionsbiprodukter (DBP), framför allt trihalometaner, THM. Enligt svenska dricksvattenföreskrifter för totalhalten av THM högst vara 0,1 mg/l vid tappstället. Om halten överstiger 0,05 mg/l klassas vattnet som tjänligt med anmärkning.
Med ökade precision för att mäta bakterier och förbättrade metoder för att mäta organiskt material börjar successivt vår kunskap öka om hur systemen hänger ihop, vad klor gör med det organiska materialet och hur vattnets innehåll av organiskt material påverkar tillväxten av biofilmen.
Lemus Perez och Rodriguez Susa redovisar i sin artikel i Water Research (2017) en undersökning av hur EPS omsätts när de exponeras för klor vid olika driftsituationer. De lät bygga två olika rack med 10 mm PVC-dricksvattenledningar i laboratorium, där det ena racket ympades med biofilm från Bogotas vattenverk (Biofilm 1) och det andra med biofilm från en ledning långt ute i ledningsnätet (Biofilm 2). Ledningarna matades med dricksvatten från tankar där vattnet recirkulerades under två dygn, varefter det byttes ut mot nytt dricksvatten. Bogotas dricksvatten är ett ytvatten som fälls med aluminiumsultat.
Dricksvattenledningarnas biofilm fick först mogna och stabililseras under 20 månader, varefter den klorerades under 4 månader (18 veckor) för att se vad kloreringen betyder för det organiska materialet. Biofilm 1 exponerades för en klordos på knappt 3 mg/l medan Biofilm 2 behandlades med 0,7 mg/l klordos. Biofilmerna samlades upp från PVC-ledningarna och extraheradades enligt fastställt försöksprotokoll för att slutligen analyseras med avseende på flyktiga organiska föreningar, halt löst organiskt kol, UV-absorbans, fluorescens och aminosyrasammansättning.
Resultaten från studien visade att EPS hade olika sammansättning i de olika racken. I bägge försöksuppställningarna var SUVA-värdet lågt, kvoten mellan UV-absorbans och halten DOC (löst organiskt material). Något högre SUVA observerades för biofilm 2 men med låg variation över tiden. Fluorescensmätningarna visade att aromatiska proteiner och lågmolekylära fulviska ämnen var de viktigaste komponenterna. Med tiden ökade de i biofilm 1.
Mängden aminomsyror minskade med tiden och högre värden av alanin, treonin, prolin och isoleucin mättes upp i biofilm 2. Med stigande SUVA ökade bildningen av kloroform (CF), medan tryptofanliknande ämnen korrelerade negativt med desinfektionsbiprodukter. Det fanns en svag korrelation mellan halten humuslika ämnen och bildandet av desinfektionsbiprodukter. För biofilm 1 fanns en koppling mellan de tre bromerade desinfektionsbiprodukterna bromerad ättiksyra (Br-HAA), dibromacetonitril och bromkloracetonitril och förekomst av arginin och valin. Arginin korrelerade också med di- och triklorpropanon. I Biofilm 2, som simulerade ledningsnätet ute i staden korrelerade alanin med Br-HAA, med CF och med kvävehaltiga desinfektionsbiprodukter (kloropikrin, di och tri-kloracetonitril) medan valin korrelerade med CF. Aminosyramängden var litet högre i Biofilm 2. Relevanta aminosyror som kan vara en del av proteiner eller humus (alanin, arginin och valin) var associerade direkt till potentialen att bilda desinfektionsbiprodukter i biofilm 2 men var omvänt korrelerade till Biofilm 1. Proteiner påverkade vattenkvaliteten olika i de olika biofilmerna: I biofilm 1 var de främst klorförbrukare medan de främst förekom i större humusföreningar i biofilm 2.
Slutsatser
Frågan om hur proteiner och aminosyror i vattenledningar inverkar på vattenkvaliteten är mycket relevant. Det är helt klart att kvävehaltiga föreningar inverkar på både biofilmens utveckling och biofilmens reaktivitet. Som vanligt när det gäller vattenverk utanför Sveriges närområde används betydligt högre klordoser för att ge ett högt klorkontaktvärde och hög avdödning av mikroorganismer. Desinfektionsbiprodukter bildas främst vid kloreringen i vattenverket och mera sällan ute på nätet. Det behövs denna typ av mätningar för flera biofilmer och deras ledningsnät för att öka insikten i hur vattenkvalitet ändras under distributionen. Enkelt kommer aldrig rening och distribution av dricksvatten att vara, men med mera studier kan det kanske bli klarare?
Tips
För en gedigen introduktion till organiskt kol i dricksvatten, läs SVU-rapporten 2015-13 Löst organiskt kol i dricksvatten av Stephan Köhler och Elin Lavonen: http://vav.griffel.net/filer/SVU-rapport_2015-13.pdf
Källa: M F Lemus Perez, M Rodrigues Susa. Exopolymeric substances from drinking water biofilms: Dynamics of production and relation with disinefction by product. Water Research 116 (2017) 304-315.
