Microbiologie tijdens drinkwaterdistributie

Biologische stabiliteit kan als volgt worden gedefinieerd: ‘Biologische stabiliteit beschrijft een drinkwatersysteem dat tot een zo min mogelijke biologische verandering leidt, zodat gezondheidsrisico’s en/of consumentenklachten, gerelateerd aan groei van (micro-)organismen, niet kunnen optreden.’ In dit onderzoek wordt bepaald of aan deze definitie wordt voldaan. Esthetische klachten ten aanzien van de aanwezigheid van ongewervelde dieren, geur & smaak en/of bruinwaterklachten komen op enkele locaties voor. Daarnaast kan niet worden uitgesloten dat opportunistische pathogenen die genotypisch vergelijkbaar zijn met patiëntstammen aanwezig zijn in het distributienet.

In het bedrijfstakonderzoek, het collectief onderzoek voor de waterbedrijven, is traditiegetrouw altijd veel aandacht geweest voor het aanpassen en optimaliseren van de zuivering in relatie tot de biologische stabiliteit, maar het onderzoek heeft zich veel minder gericht naar het distributiesysteem. Daarbij komt bij dat de bedrijfstakonderzoeksprojecten die zich wel op het distributiesysteem hebben gericht, veelal gefocust zijn geweest op het bemonsteren en analyseren van reinwatermonsters, watermonsters genomen aan de keukenkraan na doorstroming en/of spuiwater genomen aan de brandkraan. Door de vele variabelen die van invloed zijn op microbiële groei in het distributiesysteem, is het met dergelijke metingen moeilijk om de parameters te identificeren die de meeste invloed hebben op de microbiologische processen die in het distributiesysteem plaatsvinden. Het gevolg is dat het drinkwaterdistributiesysteem nog veelal een black box is, waardoor de microbiologische processen die optreden onvoldoende worden begrepen om onderbouwde aanbevelingen voor distributie te geven om de nagroeiproblematiek gerelateerd aan de biologische stabiliteit te beperken. Daarnaast zijn ook een aantal bedrijfstakonderzoeken uitgevoerd die zich meer hebben gericht op het identificeren van processen en variabelen die groei van micro-organismen in het distributiesysteem bepalen. Een voorbeeld hiervan is het gezamenlijk bedrijfstakonderzoek naar Legionella pneumophila dat in de periode 2002-2012 door Dick van der Kooij is opgezet. Binnen dit L. pneumophila onderzoek is veel gebruik gemaakt van experimenten op laboratoriumschaal met biofilmmonitoren. De resultaten van die experimenten hebben duidelijk gemaakt waar de waterkwaliteit, temperatuur en leidingmaterialen aan moeten voldoen om groei van L. pneumophila te voorkómen. Het resultaat is dat dit onderzoek, in vergelijking met de blackbox-benadering, heeft geresulteerd in concrete en goed onderbouwde aanbevelingen. Het is voor toekomstig bedrijfstakonderzoek daarom zinvol om metingen in de praktijk te complementeren met onderzoek op laboratoriumschaal.

Het overkoepelend doel van dit project is het beter begrijpen van diverse microbiologische processen die zich afspelen in het distributiesysteem door praktijkmetingen te combineren met experimenten op laboratoriumschaal. Met behulp van die kennis worden dan vervolgens (beter) onderbouwde aanbevelingen gedaan die de biologische stabiliteit tijdens distributie moeten verbeteren.

Microbiologische processen in biofilm buiswand/sediment

Hoewel de meeste biomassa in het distributiesysteem zich bevindt in de biofilm op de buiswand of op het sediment, besteden de meeste studies voornamelijk aandacht aan de biomassa die aanwezig is in het water. Onderzoek heeft echter laten zien dat de bacteriën die dominant aanwezig zijn in het gedistribueerde water ook al aanwezig zijn in het reinwater van het pompstation. Het lijkt er daarom op dat actieve microbiologische processen in het distributiesysteem voornamelijk plaatsvinden in de biofilm. Welke metabole processen plaatsvinden in deze biofilm in het distributiesysteem is onbekend, evenals de rol van deze biofilm in de biologische stabiliteit van het water, welke stoffen (AOC-P17/NOX, AOC-A3, PHMOC, eiwitten, koolhydraten, vetzuren, etc.) worden afgebroken en daarmee nagroeiproblematiek kunnen veroorzaken, wat de invloed van deeltjeskarakteristieken (weinig organische stof, veel organische stof, ijzer/mangaangehalte etc.) op biofilmgroei is. Hierdoor blijft de dynamiek tussen biofilm op de buiswand, biofilm op het sediment en bacteriën in de waterfase onduidelijk. Het ontbreken van dergelijke kennis is een belangrijke reden waarom het definiëren van effectieve en goed onderbouwde beheersmaatregelen in zuivering en distributie om de biologische stabiliteit van het drinkwatersysteem te verbeteren moeilijk is. Het doel van dit projectonderdeel is daarom de metabole microbiologische processen in de biofilm van de buiswand en sediment in kaart te brengen en de invloed te bepalen van (i) de biofilm in de biologische stabiliteit van het drinkwatersysteem en (ii) gemakkelijk en moeilijk afbreekbare stoffen, deeltjeseigenschappen en ijzer op biofilmgroei buiswand/sediment, zodat efficiëntere beheersmaatregelen voor zuivering en distributie kunnen worden voorgesteld en in een vervolgproject kunnen worden onderzocht.

Monitoren van nagroei distributiesysteem

Groei van micro-organismen in het distributiesysteem wordt momenteel voornamelijk routinematig gemonitord met behulp van kweek (koloniegetal 22°C en Aeromonas) op drinkwatermonsters die momentaan worden genomen aan de keukenkraan na doorstroming, soms aangevuld met ATP en celtellingen. Er zijn echter een aantal beperkingen geassocieerd met deze benadering. Recent bedrijfstakonderzoek heeft bijvoorbeeld laten zien dat ATP-bepalingen en celtellingen in gedistribueerd drinkwater weinig informatie geven over de mate van nagroei in het distributiesysteem van 28 verschillende productielocaties in Nederland, terwijl KG22 en Aeromonas voornamelijk gerelateerd zijn aan sedimentgeassocieerde groei (van der Wielen et al., 2016). Daarnaast wordt eventuele aanwezige dynamiek in de microbiologie processen in het distributiesysteem gemist met het nemen van momentaan geplande monsters en kan de drinkwaterinstallatie van het gebouw een invloed hebben op de microbiologische kwaliteit van het drinkwater aan de kraan, zelfs na doorstroming (BTO 2017.028). De invloed van de drinkwaterinstallaties op de microbiologische waterkwaliteit wordt duidelijker wanneer er ook monsters worden genomen vlak voor de watermeter. Een dergelijk monsterpunt laat tevens zien hoe de microbiologische waterkwaliteit verandert tijdens transport van de reinwaterkelder naar de watermeter. Het doel van dit onderdeel is uiteindelijk om voor de drinkwaterbedrijven een geoptimaliseerde en op maat gemaakt monitoringstrategie voor nagroei in het distributiesysteem op te leveren.