Undersökningar i en pilotanläggning för dricksvattennät har visat att bakteriekulturen i det strömmande vattnet är olika den i rörväggarnas biofilm. Pyrosekvensering har använts för att beskriva fördelningen av bakterier.
Av: Jörgen Hanaeus
En försöksanläggning med tre parallella rörsystem har byggts vid universitetet i Sheffield för att simulera ett dricksvattennät och mikrobiologin i detsamma. Tre flödessituationer har skapats: lågt eller högt men varierat flöde samt stabilt, måttligt flöde. Bakteriologin har undersökts för de olika situationerna; såväl i det strömmande vattnet som i väggarnas biofilm. Pyrosekvensering har använts för att karakterisera bakteriekulturen. Det visade sig att väggens och vattnets kulturer var olika sammansatta.
Bakgrund
Biofilmer i dricksvattennät kan påverka vattenkvaliteten i dricksvattennät, påtagligt när de rivs loss, vilket kan ske vid flödesändringar.
För att lära mer om detta konstruerades vid universitetet i Sheffield en pilotanläggning bestående av tre skilda rörslingor, var och en 203 m lång och av PE med innerdiametern 79,3 mm. Slingorna desinficerades före provstart med en hög dos av hypoklorit som cirkulerades tre varv. Slingorna matades av en gemensam pump och det genomströmmande vattnet samlades upp i en gemensam tank. Vatten togs från det kommunala nätet och temperaturen under försöken var 16°C.
Slinga 1 hade ett lågt men varierat flöde av 0,2-0,5 l/s (4-10 cm/s), slinga 2 ett stabilt flöde av 0,4 l/s (8 cm/s) och slinga 3 ett påtagligt varierat flöde av 0,2-0,8 l/s (4-16 cm/s). Variationerna valdes så att transporterad vattenmängd under 24 h blev lika i de tre slingorna.
Dessa flöden behölls under 28 dygn (tillväxtfas för biofilmen). Denna period var tillräcklig för att utveckla detekterbar och kvantifierbar biofilm, men det påpekas att dess mognadsprocess kan ta flera år. Förrådstanken tömdes så och återfylldes. Därefter simulerades en spolning, så att flödet i en slinga ökade i steg från 0,4 l/s till 4,5 l/s (motsvarande en skjuvspänning av 3 N/m2) för att simulera en spolning. Härefter togs prov på biofilm och vatten. Denna spolning upprepades för de övriga två slingorna.
Mätningar
I ledningarna hade PWG-kuponger för påväxt inmonterats (PWG = särskilt utvecklade kuponger från Pennine Water Group, Sheffield). Från varje slinga togs tre sådana ut före spolning och tre efter spolning. Turbiditet mättes kontinuerligt från tappkranar i slutet av varje slinga och temperatur, pH och redoxpotential mättes med givare. Järn- och manganprover togs till lab-analys.
DNA från biofilm och vatten extraherades och mängd- och kvalitetsbestämdes. Bakteriell 16S rRNA pyrosekvensering genomfördes också för dessa DNA med målet att karakterisera bakteriesamhällets diversitet i vatten och biofilm. Alfa-diversitet (inom-provs-diversitet) och betadiversitet (mellan-provs-diversitet) undersöktes.
Resultat
Före spolning var turbiditeten i ledningen (2) med stabilt flöde 0,014 NTU, i den (1) med lågt varierande flöde 0,019 NTU och i den (3) med högt och varierande flöde 0,11 NTU. Efter spolning var motsvarande värden 0,39, 0,34 och 0,18 NTU. Halten fri klor var kring 0,2 mg Cl/l i samtliga situationer. Järn- och manganhalterna dubblades efter spolning och följde ungefär turbiditetens utveckling.
De dominerande bakteriesläktena i biofilmen var: Gammaproteobacteria, Betaproteobacteria, Alphaproteobacteria, Clostridia och Bacillii. Provkupongens läge i röret (uppe, nere) påverkade inte bakteriefördelningen nämnvärt, vilket däremot den hydrauliska situationen gjorde.
I den fria vattenvolymen dominerade Alphaproteobacteria, men mindre mängder av Betaproteobacteria och Clostridia förekom också. På genusnivån dominerade Pseudomonas, Zooglea, Janthinobacter och Sphingomonas i biofilmen, medan Methylocystis, Methylocella, Sphingopyxis och Polaromonas var mest frekventa i den fria vattenvolymen. Noggrannare procentfördelning redovisas i artikeln.
Utgående från flödesmönstren dominerade Gammaproteobacteria i biofilmen i ledning 1, med lågt flöde, både före och efter spolning. Betaproteobacteria var många vid stabila flödesförhållanden (2), både före och efter spolning, men även i ledning 3 efter spolning. I den fria vattenvolymen hade inte flödesmönstret någon tydlig effekt på bakteriesammansättningen, utan Alphaproteobacteria dominerade i alla prov.
Slutsatser
Signifikanta skillnader i sammansättningen av bakteriekulturen återfanns mellan biofilm och den fria vattenvolymen och den högsta koncentrationen och variationen återfanns i biofilmen. Dess bakterier förmår producera mer av extracellulära polymerer vilket är gynnsamt för filmuppbyggnaden.
De bakterier som återfanns i den fria vattenmassan är mer kända för att kunna visa bättre motstånd mot klordesinfektionen. Metanotrofa bakterier som Methylocystis var vanliga i vattenvolymen, vilket indikerar att deras förmåga att metabolisera biprodukter från desinfektionen ger dem en fördel.
Artikel ger ingen närmare beskrivning av det använda kranvattnet, vilket hade varit givande, då samspelet mellan biofilm och det strömmande vattnet i vattenledningar är intressant för att utveckla spolteknik och optimera desinfektion.
Pyrosekvenseringen är en modern DNA-baserad teknik som bl a Mattias Uhlén, KTH, varit med och utvecklat.
Källa: Douterelo, I., Sharpe, R.L., Boxall, J.B. (2013): Influence of hydraulic regimes on bacterial community structure and composition in an experimental drinking water distribution system. Water Research 47 pp 503-516.
För hela artikeln i Water Research, klicka här.
Författarna från: Pennine Water Group, Department of Civil and Structural Engineering, Mappin Street, University of Sheffield, Sheffield S1 3JD, UK.
Kontakt: i.douterelo@sheffield.ac.uk
