Контрол на микроорганизмите във водопроводните инсталации

Факторите, благоприятстващи формирането на биофилм във водоразпределителните системи, са няколко - устойчивостта на бактериите към дезинфектанти, неправилното използване на самите дезинфектанти, естеството и концентрацията на биоразградимите вещества, температурата и конструкционните материали на водопроводите.

До момента по-голямата част от проучванията на биофилмите, образуващи се в тръбите за питейна вода, третират материалите, от които е изградена водоразпределителната система, по която се движи водата преди да навлезе във водопроводната мрежа, обслужваща потребителите. Питейната вода обаче трябва да отговаря на някои необходими изисквания за качество, за да може да бъде консумирана, въпреки че потребителските водопроводни мрежи обикновено не са изградени от същите материали, използвани за направата на водоразпределителните системи.

Биофилмът е изграден от натрупвания на микроорганизми като бактерии, плесени, водорасли, едноклетъчни и екзогенни материали, намиращи се в силно хидратирана извънклетъчна структура, прикрепена към твърда повърхност. Бактериите обикновено се натрупват по вътрешните повърхности на водоразпределителните системи. Изчислено е, че около 95% от всички микробиологични съобщества, съществуващи във водоразпределителните системи, формират биофилми, като само 5% виреят свободно във водата. Микроорганизмите, съществуващи като биофилм, са по-устойчиви на дезинфекция от планктонните организми във водата. Те също така повишават риска от корозия на водопроводните материали (например мед) и оказват въздействие върху мириса, вкуса, цвета и мътността на водата.

Фактори, благоприятстващи
развитието на биофилм
Водоразпределителните мрежи са комплексна среда, в която действат толкова много различни фактори, че няма две изцяло едни и същи системи. За развитието на хетеротрофните бактерии са нужни въглерод, азот и фосфор. От тях най-необходим е въглеродът, така че обикновено неговото съдържание е ограничаващ развитието фактор. Източник на въглерод са естествените съединения, отделяни при разлагането на организми и растения. Тези органични съединения се свързват най-вече с повърхностните и подземните води и са прекурсори за образуването на странични продукти от процеса на обеззаразяване. Тъй като по-простите форми на органичен въглерод се усвояват по-лесно от микроорганизмите, видът и концентрацията им обуславят потенциала за развитие на биофилм. Разработени са няколко метода за измерване потенциала на водите да стимулират развитието на биофилм. Чрез ограничаване концентрацията на достъпните за микробите форми на органичен въглерод много европейски водоразпределителни дружества могат да контролират развитието на биофилм във водопроводите с относително ниски концентрации на остатъчен дезинфектант. В някои европейски системи дори изобщо не се използват дезинфектанти с остатъчно действие.
Развитието на биофилм обикновено се асоциира с по-високи температури и може да бъде със сезонен характер. Този фактор обаче се усложнява от намалената ефективност на дезинфектантите и способността на повечето бактерии да оцеляват по-продължително при по-ниски температури. Валежите също се свързват с увеличено развитие на биофилм в някои системи, поради по-високите концентрации на хранителни вещества, по-голямата мътност и наличието на бактерии във водоизточника.
Някои видове конструкционни материали за разпределителни системи създават по-благоприятна среда за развитие на биофилми от други. Биофилмът се развива по-бързо, става по-плътен и по-разнообразен откъм микроорганизми при железните тръби, особено по-старите такива, отколкото при PVC тръбите. Развитието на биофилм може да бъде способствано и от други елементи, като материали, които се използват за клапани, уплътнения, шайби, смазочни вещества за помпи и облицовки на тръби. В някои европейски държави всички компоненти на системата биват тествани предварително за потенциал за развитие на биофилм, за да се определи дали са подходящи за използване във водоразпределителни системи.
Хидравличните условия на системата са друг важен и много сложен фактор. Престояването на водата поради наличието на мъртви зони и малък дебит е свързано със загуба на остатъчни количества дезинфектант и засилено развитие на биофилм.
Много променливи величини, като скорост, налягане, цялостна конфигурация на системата (затворена или разклонена), размери на тръби, практики по поддръжката, като регулярно промиване, и концентрацията на остатъчен дезинфектант оказват влияние върху развитието на биофилм. За разлика от монохлорамина например, хлорните остатъци биват усвоени от микроорганизмите и не могат да проникват ефективно в плътни биофилми. И двата дезинфектанта имат предимства и недостатъци, така че подмяната на обеззаразяващите агенти следва да се обмисли детайлно.
Точката, в която се извършва дезинфекцията, също може да бъде от решаващо значение. В някои системи, в които се прилага хлориране или озониране преди разпределение, се наблюдава повишено развитие на биофилми. Това се случва, когато сложни органични въглеродни молекули като тези на хуминовата или фулвиновата киселина, които бактериите трудно усвояват, се окисляват от дезинфектанта до по-малки молекули, които са по-лесно усвоими. Корозията, дори когато не е биологично предизвикана, може да повлияе на развитието на биофилм, тъй като в шуплите и неравностите се събират хранителни вещества и микроорганизми. Също така продуктите, отделени при корозията, могат да служат като храна за микроорганизмите или да им осигуряват защита от хлорните дезинфектанти.

Промиване на тръби
За съжаление, промивката на тръби със свежа вода, въпреки че редуцира нивата на микроорганизмите, невинаги е практична за водопроводни системи в сгради. За процеса се изисква голямо количество вода, особено в сгради, имащи мащабна и сложна тръбопроводна система и големи резервоари за съхранение на гореща вода.
В допълнение, за отмиването на вече прикрепен към стените на тръбите биофилм е необходима висока скорост на промивната вода. Постигането на изискваните за почистване дебити може да е невъзможно, ако диаметрите на тръбите и обемите на резервоарите във водопроводните системи са големи, или налягането на водата е много ниско. Също така може да е трудно да се поддържа високата скорост на водата в различните извивки и разклонения на сградните водопроводи. Дори и при постигане на висок дебит на водата обаче, някои биофилми не могат да бъдат отделени от стените на тръбопроводите.

Дезинфектанти
Химичните дезинфектанти като хлор, хлорен оксид, хлорамини и озон, както и нехимичните като ултравиолетова светлина (UV), често се използват за обработката на питейна вода. След третиране водата в разпределителната система обикновено съдържа остатъци от дезинфектанта, които ограничават разпространението на микроорганизми във водата. Въпреки че остатъчните количества дезинфектант са много ефективни за предотвратяване повторната поява на микроорганизми, те не предпазват разпределителната система от заразяване от замърсена вода или биофилми. Употребата на химични дезинфектанти може да доведе също и до формирането на странични продукти или да усили образуването на биоразградими вещества, които могат да окажат влияние върху вкуса и мириса на водата, както и да послужат като източник на енергия за микробите, спомагайки по този начин за развитието на биофилми в разпределителните тръбопроводни системи. Според едно проучване UV дезинфекцията не помага за премахване на биофилм, формиран в полиетиленови и медни тръби, но хлорът ефективно се справя с проблема в полиетиленови тръби. При медните тръби хлорът отстранява биофилма само в точките, в които той се подава в тръбите.
За отстраняването на вече прикрепен биофилм може да са необходими по-големи количества остатъчен хлор. Повишаването на концентрацията на хлора обаче може да доведе до нарастване съдържанието на странични продукти, които могат да влошат качеството на водата и да увеличат резистентността към дезинфектанти на микроорганизмите, формиращи биофилма.
Хлорът може да доведе и до разрушаване на някои от пластмасовите компоненти, които се използват в модерните водопроводни системи. Колкото по-продължително тези компоненти са изложени на влиянието на хлора, толкова повече се скъсява експлоатационният им живот. Затова е добре концентрацията на хлор във водата да е по-ниска от 1 mg/l.
Йонообменните смоли в системите за омекотяване на вода също се разлагат с времето при контакт с по-високи концентрации на хлор. Производителите допускат краткотраен контакт на йонообменните смоли с вода с концентрация от 1 mg/l свободен хлор, но е препоръчително съдържанието му да се поддържа в граници от 0,2 до 0,5 mg/l.
Максималната допустима концентрация на хлор в системи за гореща вода все още не е установена. По-високите температури правят хлора още по-активен, което е предпоставка за риск от корозия на металите. За оптимални се смятат стойности на концентрацията между 0,1 и 0,3 mg/l.
Остатъчните количества на химични дезинфектанти като монохлорамин и водороден пероксид, които се задържат дълго във водоразпределителните системи, са по-подходящи за ограничаване растежа на биофилм от други дезинфектанти като хлор, озон и UV. Хлораминът, който е по-малко реактивен дезинфектант от хлора, прониква в биофилма с по-голяма ефективност.

Превантивни мерки при
проектирането на
тръбопроводите
Подходящото проектиране на мрежата е първата мярка за защита от разпространение на микроорганизми във водопроводната система. При съхранение на големи количества вода, наличие на голяма водна повърхност и ниско или нулево съдържание на дезинфектант, рискът от образуване на биофилм от микроорганизми е много голям.
Проектантите на водопроводни мрежи трябва внимателно да планират капацитета на системата. Един от определящите фактори при дизайна на съвременните мрежи е необходимостта от голям дебит на гореща вода. Това налага монтирането на големи системи за омекотяване и резервоари за гореща вода, което създава условия за продължителен застой на водата.
Друго място, където се наблюдава поява на биофилм, е в рециркулационни системи за гореща вода. При по-големи жилищни сгради горещата вода циркулира между точките за водочерпене в сградата и резервоара, за да може незабавно да бъде подадена с необходимата температура при отваряне на крана. В рециркулационните тръбопроводи също се задържа вода за по-дълго време, което дава възможност за разпространение на микроорганизмите от мястото на биофилма и до други части на системата за гореща вода.
Устройствата за пречистване на вода създават проблеми с това, че премахват дезинфектанта от водата, предоставят голям обем за съхранение на вода и голяма водна повърхност в пречистващите среди като филтри, гранулиран активен въглен и йонообменни смоли за омекотяване.

Превантивни мерки при
строителство
Строителството на сгради отнема месеци, а понякога и над година или повече. През това време водата, намираща се във вътрешната водопроводна система, престоява и в нея се формират биофилми. Изпълнителите на строителството трябва да са наясно с този факт и да предприемат регулярно промиване и дезинфекциране на всички обектови тръбопроводи. Концентрацията на дезинфектант и микробиологичната активност могат да бъдат измерени и документирани, за да се докаже, че докато са се извършвали строителните дейности не е имало проблеми.

Мониторинг на качеството на
водата
За предотвратяване разпространението на микроорганизми в тръбопроводите трябва да се предвиди точното количество свежа вода и точното количество дезинфектант, за да се поддържа минимална концентрация на хлор от порядъка на 0,3 mg/l във водата. Рутинният мониторинг на съдържанието на хлор във водопроводите е необходим, за да се установи дали тръбите не са изложени на риск от по-високи концентрации.
Определянето на концентрацията на хлор във водата се осъществява с комплекти за тестване в експлоатационни условия. Предлагат се например комплекти, с които може да измерва концентрацията и на общия, и на свободния хлор във водата. Тези тестове са сравнително евтини, лесни за изпълнение и удобни, и могат да се използват при дозирането на дезинфектанти и определяне честотата на промиване на тръбопроводите.
За съжаление, контролът на микроорганизмите във водопроводните системи е малко по-сложен и не се постига само с поддържане на специфицираните концентрации на дезинфектант. Условията в тръбопроводите и водата са променливи и микроорганизмите пак могат да се разпространяват при концентрации на дезинфектант, които в други случаи са ефективни. Поради това, паралелно с мониторинга на концентрацията на дезинфектанта следва внимателно да се следи и микробиологичната активност.