Användning av adenosintrifosfat (ATP) bioluminiscens är ett snabbt sätt att mäta mikrobiologisk aktivitet för att övervaka en råvattentäkt, beredning i ett vattenverk eller aktiviteten i ett distributionssystem. I det arbete som redovisas i artikeln nedan har ATP bioluminiscens till exempel använts för att indikera när rengöring av reservoarer behöver göras. Vid användning av kloramin har tillfällen med nitrifikation kunnat detekterats med denna metod. Den kan också användas för att analysera integriteten i ett distributionssystem.
Av: Thor Wahlberg
Vanligtvis analyseras bakterier genom odling på agar plattor, s.k. HPC-analys (Heterotrophic Plate Counts) vilket är tidskrävande och begränsat till ett fåtal bakteriestammar som kan växa. Ett behov av snabb och tillförlitlig analys av bakterietillväxt är därför eftersökt. Forskning har gjorts för att hitta korrelation mellan HPC och ATP. För förståelse av vad ATP bioluminiscens sök se till exempel på ATP bioluminiscens på Youtube. ATP bioluminiscens tekniken grundas på ATP cykeln och reagensen lucierase. Bioluminiscens är en levande organisms emittans av synligt ljus. Intensiteten är ett mått på halten ATP i provet. Mycket forskning kring ATP bioluminiscens har gjorts främst i distributionssystem där slutdesinfektion med klor inte används. Dessa system har visat sig vara biostabila. Denna studie har gjorts i distributionssystem med klor och kloramin. Målet var att förutom studera skillnader i distributionssystem med olika klorering klarlägga hur ATP varierar i råvattentäkter och öka förståelsen för skydd av ytvattentäkter. Det tredje målet var att kartlägga mikrobiologiska ATP halter från råvattenkälla till tappkran med fokus på beredningssteg i vattenverk och distribution av dricksvatten.
Material och metodik
Den forskning som artikeln grundas på har bedrivits på Maui, Hawaii. Ytvattentäkt, vattenverk och distributionsnät har undersökts. Ytvattentäkten består av fyra reservoarer dit bäckar från bergen leds. Två vattenverk, med samma vattentäkt, har varit med i studien. Vattenverket Olinda WTP använder koagulering och ultrafiltermembran (UF) och efterföljande desinfektion med kloramin. Vattenverket Piíholo WTP bereder råvatten med kemisk fällning genom tillsats av aluminiumklorid och filtrering i tvåmedia filter. En delström av filtratet bereds vidare i kolfilter. Därefter desinfektion med klor. Under två perioder så övervakades råvattenreservoarer, beredningen i vattenverk och distribution, inklusive reservoarer, med hjälp av ATP bioluminiscens analys. Den första perioden var före renovering av råvattenreservoarerna och uppsamlingssystemen för råvatten. Tolv provtagningspunkter i vattentäken, vilka bestod av fyra reservoarerna och rörsystem för tillrinnande vatten.
I Olinda WTP provtogs råvatten, dekanterat- och sedimenterat vatten, UF-filtrat och utgående dricksvatten. I Piíholo WTP provtogs råvatten, flockulerat vatten, filtrat från tvåmedia filter och utgående dricksvatten. Intracellulär ATP (mikrobiellt ATP) mätning gjordes med 3M Clean-Trace NG Luminometer med fritt ATP och totalt ATP reagens. Dubbla prov à 250 ml togs från varje provtagningspunkt. Mikrobiellt ATP beräknas genom att subtrahera fritt från totalt ATP. Övriga vattenanalyser enligt Standard Methods. Analysdata delades upp mellan före och efter renovering av reservoarer och system för att samla vatten till dessa. Dessutom bearbetades data från torr- respektive nederbördsrik period (med olika flöden) var för sig. Statistiska funktioner i Excel användes för databearbetning. En mikrobiell ATP modell utvecklades som använde mikrobiell ATP, pH, temperatur och alkalinitet.
Resultat och diskussion
För vattentäkten så var det stora skillnader i mikrobiologisk aktivitet för rörsystem och reservoarer före och efter renovering. I uppsamlingssystemet med rör var den mikrobiologiska aktiviteten som lägst. Innan renovering av reservoarerna var den högst i de mindre reservoarerna. Slamansamling i reservoarerna är en faktor som påverkar mikrobiell tillväxt förutom flödeshastigheter. Efter renovering så minskade i medeltal mikrobiell aktivitet, mätt som ATP, med upp till 95%. Flödeshastigheten verkar ha ett omvänt förhållande till mikrobiell aktivitet, enligt forskarna.
En matematisk modell för att beräkna mikrobiell ATP baserat på pH, alkalinitet och temperatur togs fram i projektet. Den visade en justerad korrelationskoefficient på R2 = 89%. Modellen är giltigt för det ovan beskrivna vattensystemet. Då varje system har en unik uppsättning och variation i mikroflora behöver modeller tas fram för dessa. Modeller kan vara ett kostnadseffektivt sätt att kunna förutsäga mikrobiell aktivitet utifrån relativt enkla vattenanalyser. För den mikrobiella aktiviteten, från vattentäkt till tappkran, redovisas att den ökar när ytvatten transporteras i rörsystem till reservoarerna och att mikrobiell ATP sedan minskar och stabiliseras genom beredningen i vattenverken. Utgående dricksvatten är i stort sett fortsatt mikrobiellt stabilt under distributionen. Det förekommer några tillfällen med uppmätt förhöjd mikrobiell aktivitet under distributionen.
I de två distributionsområdena användes olika desinfektionskemikalier, klor respektive kloramin. Mikrobiell ATP mäts i RLU (Relative Light Units). I bägge systemen låg medelvärdet strax under 40 RLU men i distributionssystemet med tillsatt kloramin var variationerna betydligt större, högre medelvärden och större variation. Orsaken kan vara en högre mikrobiell tillväxt på grund av nitrifikation och närvaro av ammonium. Dessutom påverkar flödeshastigheterna. I delar av distributionsnätet med stagnanta förhållanden underhålls mikrobiologisk tillväxt och tvärtemot där omsättningen är god.
Slutsatser
Mikrobiell ATP analys kan användas för att veta när rengöring av råvattenreservoarer behöver göras. För att kunna använda ATP analys för att detektera avvikelser i råvattentäkter måste hänsyn tas till årstidsvariationer. I artikeln visas till exempel att perioder med låga flöden i råvattentäkten kan kopplas till höga ATP värden. Mikrobiell ATP kan användas för att detektera lokala händelser med nitrifikation i ledningsnätet. En modell för att förutsäga ATP nivån i ett specifikt område utifrån analys av pH, alkalinitet och temperatur togs fram i projektet. En nackdel är att analysen som den är idag inte kan detektera en viss specifik patogen eller förutsäga dess förekomst. En fördel är att kostnaden för ATP bioluminiscens analyser sjunker och kan hjälpa vattenproducenter att snabbt identifiera ett område med mikrobiologiska problem och med annan teknik som t.ex. flödescytometri fastställa vilka bakterier det är frågan om, goda eller patogena.
Källa: Evaluating adenosine triphosphate bioluminescence for biomonitoring in potable water systems, Angela B. Rodriguez and Steven J. Duranceau, Journal of Water Supply Research and Technology – AQUA vol 69 p 668 – 677, 2020.
