För att kunna leverera ett mikrobiologiskt säkert dricksvatten av hög kvalitet så bör det vara biologiskt stabilt under distribution. En exakt definition av vad det innebär saknas men underförstått så ska vattenkvalitén inte försämras mellan vattenverk och tappkran. AOC är ett mått på den instabila fraktionen av DOC (löst organiskt kol) och är en del av bedömningen av biostabilitet. Värden för AOC, som mått på biostabilitet, är omdiskuterade och någon konsensus finns inte. Ett förslag till att avgöra biostabilitet med AOC är att värdet bör ligga i intervallet från 10 µg C/l till 100 µg C/l. I den rapport som här presenteras så har forskare i England genomfört omfattande försök med dricksvatten från tre vattenverk men olika halter AOC och använt ett för ändamålet konstruerat ledningsnät. Försöken med analyser av biofilm och vattenkvalitet pågick under 12 månader.
Av: Thor Wahlberg
Återväxt i distributionssystemet omfattar dels av desinfektionen skadade celler, som kan reparera sig själva, och tillväxt av biofilm direkt i distributionsnätet. AOC mäts inte regelbundet på större vattenverk. Låga koncentrationer av AOC har visats sig minska mikrobiologisk tillväxt i flertal tidigare undersökningar. Faktorer som påverkar och inte är rent mikrobiologiska är förekomst eller inte av desinfektion, typ av desinfektionskemikalie, hydraulisk uppehållstid, temperatur, rörmaterial och hur distributionsnätet är uppbyggt. Främst där är det förekomst av och volymer för högreservoarer. Den kritiska faktorn är samspelet mellan AOC och kvarvarande effekt av desinfektionsmedel. Hittills gjorda studier har visat på effekten av AOC kopplat till heterotrofa bakterier i vattenfasen och inte som i denna studie kopplat till mikroorganismer i biofilmen. Biofilm i distributionsnät kan orsaka en försämring av vattenkvalitén som missfärgning och släppa partiklar till vattnet. Det kan vara en pågående påverkan från biofilm eller vid ökad skjuvning på grund av ökad hastighet och turbulens nära rörväggen.
För att undersöka påverkan av AOC på biofilm i distributionsnätet så konstruerades ett fullskaligt rörsystem (100 mm HDPE rör i längd om 12 m) i en slinga kopplat till utgående dricksvatten vid tre olika vattenverk. Två ytvattenverk och ett grundvattenverk. I respektive utgående vatten var AOC-halterna olika, en hög AOC-halt > 300 µg/l (rörsystem A), en AOC-halt > 245 µg/l (rörsystem B) och en låg AOC-halt > 73 µg/l. De två första värdena med dricksvatten från ytvattenverk och de lägre halterna från grundvattenverket. Desinfektion med klor till utgående dricksvatten med högst AOC-halt och desinfektion med kloramin till utgående vatten från de vattenverken med något lägre och lägst AOC-halt. Med ett flöde på 0,4 l/s i rörsystemet erhölls en uppehållstid om 24 h med kontinuerlig avblödning. Försöken pågick under 1 år och delades in i en tillväxtfas och en avslutande spolningsfas där det skapades högre skjuvkrafter mot biofilmen. Kuponger för biofilmanalys samlades in i tillväxtfasen vid dag 0, efter 3 månader, efter 6 månader, efter 9 månader och efter 12 månader. Dag 0-prover definierades som kuponger som fanns i rörslingan i ≤ 90 min. Förutom vattenanalyser inkl. AOC (med två bakteriestammar) gjordes svepelektron-mikroskopering på biofilmsprover och flödescytometri.
Resultat och diskussion
Vattenkvalitén under tillväxtfasen visade skillnader beroende av vilket av försökens rörsystem som provtogs. Den dominerande skillnaden mellan de tre försöken kan utläsas i AOC-halten. Rörsystem A hade högst koncentration AOC, system B däremellan och C lägst AOC-halt. Resultat från flödescytometri TCC (Totalt Cell Counts) och ICC (Intact Cell Counts) visade lika trend som analyser för AOC. Total organiskt kväve och fosfat i vattenmassan var statistiskt inte olika i de tre systemen.
Elektronmikroskopiering, med prover efter 12 månader, visade att biofilmen i respektive rörsystem hade distinkta skillnader både i struktur och volym. System A, med den mest utbredda biofilmen och försörjd av vatten med högst AOC, hade en svamplik struktur jämfört med system B och C som var mer kompakta och hade mindre utbredning.
Efter 12 månader gjordes en spolning av rörsystemen samtidigt som antalet celler registrerades. Den största minskningen av TCC återfanns i system A (60 %). System B och C, med lägre halter inkommande AOC, hade betydligt mindre minskning (28 % respektive 23 %) av TCC. Relativt blir det en ökad grumlighet i system A och det rörsystemet återfanns den största missfärgningen av vattnet. För ICC var den högsta minskningen i system B.
I denna studie visas att AOC påverkar utseendet och antal celler i biofilmen på rörväggen. Den högsta tillväxten av celler förekom där AOC koncentrationen var >300 μg C/l.
En konceptuell modell visar att ökad AOC-halt i dricksvattnet påverkar biofilmstillväxt och risken för missfärgning ökar. Studien visar att biofilmen också producerar och lagrar lättnedbrytbara organiska ämnen och därmed både kan ta upp och tillföra lättnedbrytbart organiskt material mätt som AOC till dricksvattnet.
Slutsatser
Denna studie presenterar försök gjorda i experimentella simuleringsanläggningar med ett ledningsnät i pilotskala vid utloppet från tre vattenverk i England. AOC-koncentrationen i dricksvattnet bestämde hastigheten för biofilmtillväxt och missfärgningsresponsen från biofilmerna, när de mobiliseras genom att större skjuvkrafter lades på i form av högre vattenhastigheter.
En hög AOC-koncentration (>300 μg C/L) i vattnet i ledningsnätet resulterade i den största tillväxten av celler i biofilmen och det största missfärgningen som observerades som ökad grumlighet och högre järn- och manganhalter.
Nya bevis för ett kretslopp i biofilmen, mätt som AOC, vilket har förstärkt förståelsen av hur och varför AOC-koncentrationen varierar i ledningsnätet och vilka effekter detta har på mikrobiell (åter)tillväxt.
Hastigheten för frisättning av lätt nedbrytbart organiskt kol, mätt som AOC, från biofilmen till vattnet i ledningsnätet visade sig vara oberoende av AOC-koncentrationen i utgående vatten från vattenverken.
En konceptuell modell presenteras i artikeln som beskriver de komplexa AOC-processerna i ett ledningsnät, vilket omfattar både vattnet och tidigare förbisedda biofilmprocesser.
Egna reflexioner
Denna studie fann ingen universell AOC-tröskel för biologisk stabilitet men modellen gav en förklaring av hur AOC-halten påverkar och påverkas i ett intrikat samspel med biofilmen i ledningsnätet.
Källa: Frances C. Pick, Katherine E. Fish , Joby B. Boxall. Assimilable organic carbon cycling within drinking water distribution systems. Water Research vol 198 (2021)
