Publisher

National Public Health Institute
Original page

biofilms, caliciviridae, campylobacter jejuni, disinfection, escherichia coli, household water, microbes, mycobacterium avium, pipeline network

Julkaistu 13.2.2008

Useissa viime vuosina tehdyissä tutkimuksissa on havaittu, että verkoston saostumat ja biofilmit voivat vaikuttaa monin tavoin veden laatuun. Biofilmit ovat avainpaikka verkoston bakteerikasvulle, ja ne edesauttavat patogeenisten mikrobien säilymistä vesijohtoverkostossa.

Vesijohtoverkostoon kertyy ajan myötä orgaanista ainetta, rautaa, mangaania ja mikrobeja. Kertyneen aineksen määrään ja laatuun vaikuttavat vedenlaatu, virtausolosuhteet ja putkimateriaali. Normaaliolosuhteissa vesijohtoverkostojen saostumat eivät juuri vaikuta veden laatuun.

Virtausolosuhteiden äkilliset muutokset ja paineiskut voivat kuitenkin häiritä tasapainoa ja saada verkostoon kertyvät saostumat liikkeelle. Joissakin verkoston osissa verkostoon voi kertyä myös niin runsaasti saostumia, että jo normaali vedenkulutuksen vaihtelu saa ne liikkeelle. Saostumien liikkeellelähtö näkyy usein veden sameuden kasvuna ja keltaisena tai ruskeana värinä. Tällöin myös veden rauta-, mangaani-, hiili-, fosfori-, sekä mikrobipitoisuudet ovat usein hetkellisesti kohonneet. Veden sameus ja värihäiriöt ovat yleisin syy kuluttajien häiriöilmoituksille. Normaaliolosuhteissa verkoston saostumista ei löydy suolistoinfektioita aiheuttavia kampylobakteereita tai noroviruksia.

Mikrobit säilyvät biofilmeissä

Vesijohtoverkoston mikrobikasvun kannalta avainpaikkoja kasvulle ovat putkien sisäpinnoilla kasvavat biofilmit, joiden muodostumiseen vaikuttavat muun muassa veden ravinteet, desinfiointi, putkimateriaali ja virtausolosuhteet. Muodostamalla biofilmejä bakteerit saavuttavat merkittäviä kasvuetuja suhteessa vapaasti eläviin yksilöihin. Biofilmeissä niiden ravinnon saanti on turvatumpi, ja bakteerit ovat paremmin suojassa desinfiointia vastaan.

Kansanterveyslaitos on osallistunut lukuisiin talousvesien mikrobiologista laatua ja erityisesti biofilmien muodostumista ja merkitystä selvittäneisiin projekteihin. Eräs tärkeimmistä tutkimushankkeista on ollut vuosina 2003–2006 toteutettu EU:n rahoittama SAFER-projekti, jossa kehitettiin määritysmenetelmiä patogeenisten mikrobien nopeaan havaitsemiseen vedestä ja biofilmeistä sekä tutkittiin patogeenisten mikrobien säilymistä vesijohtoverkoston biofilmeissä.

Biofilmikokeet tehtiin. nk. Propella-reaktorilla, johon johdettiin vesijohtovettä (kuva 1). Reaktoriin annettiin kehittyä normaali biofilmi, jonka jälkeen reaktoriin lisättiin tutkittavia mikrobeja. Mikrobien pitoisuuksia seurattiin sekä biofilmeiltä että reaktorista ulostulleesta vedestä. Tutkimme Campylobacter jejunin, Legionella pneumophilan, Mycobacterium aviumin, Escherichia colin, sekä koiran kalikiviruksen säilymistä. Bakteerit määritettiin sekä perinteisillä viljelymenetelmillä että SAFER-projektissa kehitellyillä PNA-FISH menetelmillä. PNA-FISH perustuu fluoresoivalla PNA-proobilla hybridisoitujen bakteerien havaitsemiseen epifluoresenssimikroskoopilla.

Kuva 1. Propella-biofilmireaktori. Biofilmejä tutkittiin reaktorista irrotettavilta PVC-kupongeilta.

Tutkimuksissa havaittiin, että herkimmät bakteerit kuten C. jejuni ja E. coli eivät säilyneet viljelykelpoisina biofilmeillä kuin muutamista tunneista (C. jejuni) korkeintaan muutamiin päiviin (E. coli). C. jejuni sen sijaan oli havaittavissa PNA-FISH menetelmällä useiden päivien ajan sekä biofilmeissä että reaktorista ulostulleessa vedessä. L. pneumophila ja M. avium säilyivät viljelykelpoisina biofilmeillä koko kokeen kestoajan eli 2–4 viikkoa. Bakteereita oli aina myös reaktorista ulostulleessa vedessä. Verratessamme viljelemällä ja suoralaskennalla saatuja bakteerien lukumääriä, havaitsimme että suoralaskenta antoi jopa 1 000 kertaa suurempia tuloksia kuin mitä saimme viljelemällä esiin (1).

L. pneumophila ja M. avium voivat periaatteessa myös kasvaa vesijohtoverkostossa, jos olosuhteet ovat optimaaliset. Suuri pitoisuusero viljelemällä ja suoralaskennalla saatujen bakteerien välillä osoittaa sen, että viljelemällä voidaan saada myös vääriä negatiivisia tuloksia, erityisesti jos bakteerien pitoisuudet ovat pieniä. Toisaalta viljelymenetelmällä esiin saadut bakteerit ovat todistettavasti eläviä. Mikroskopointiin perustuva suoralaskenta ei pysty suoraan erottelemaan eläviä bakteereita kuolleista.

Koiran kalikivirus toimi tutkimuksessa merkkiaineena norovirukselle. Virus määritettiin RT-PCR- menetelmällä. Kalikivirus säilyi biofilmeillä koko kokeen kestoajan, noin kolme viikkoa (1). Pitoisuus laski biofilmeissä kokeen aikana vain noin 30 % (kuva 2). Myös biofilmireaktorista ulos tulleessa vedessä oli havaittavissa kalikivirusta koko kokeen keston ajan (kuva 2). PCR-menetelmällä ei kuitenkaan voitu saada tietoa siitä, oliko virus vielä infektiivinen.

Kuva 2. Kalikiviruksen pitoisuus Propella-reaktorin biofilmeissä (paksu punainen viiva) ja reaktorista ulos tulleessa vedessä (ohut sininen viiva) (1).

Saostumia voidaan poistaa mekaanisesti

Verkostossa olevia saostumia ja biofilmejä voidaan poistaa verkoston huuhtelun, vesi-paineilmasyke-puhdistuksen tai mekaanisen elementtipuhdistuksen eli nk. possutuksen avulla. Vesilaitokset käyttävät yleisesti verkoston huuhtelua poistaakseen kertyneitä saostumia. Huuhtelun tarve voi ilmetä veden laadussa tapahtuneiden muutoksien seurauksena (kuluttajavalitukset). Verkostoa voidaan myös huuhdella ennalta suunnitellun ohjelman mukaisesti osana kunnossapitoa. Vesi-paineilma-syke huuhtelussa verkostoon johdetaan vuoronperään ilmaa ja vettä, jolloin nopeasti virtaava vesi-ilmaseos poistaa tehokkaasti verkoston saostumia.
Possutuksessa taas putkiston läpi ajettavat vaahtomuovielementit poistavat putkiin kertyneitä saostumia.

Tilanteissa, joissa vain tiettyä yksittäistä ongelmallista verkoston osaa on lähdetty puhdistamaan, on veden laadun paraneminen voinut jäädä suhteellisen lyhytaikaiseksi ilmiöksi. Pysyvämpi tulos saavutettaisiin jos koko verkosto puhdistettaisiin kerralla, mutta se ei ole käytännössä taloudellisesti tai teknisesti mahdollista.

Desinfiointiin on monta tapaa

Talousvettä desinfioidaan yleisimmin klooraamalla, otsonoimalla tai UV-säteilytyksellä. Näistä ainoastaan kloorilla on vaikutusta vielä vesijohtoverkostossa. Kloorin desinfiointitehoon vaikuttavat klooripitoisuus, käytetty kemikaali, veden pH ja orgaanisen aineen määrä sekä putkimateriaali. Kloorin desinfioiva vaikutus on parempi matalammassa pH:ssa. Putkimateriaali vaikuttaa mikrobiyhteisön lajistorakenteeseen ja sitä kautta kloorin tehoon. Esimerkiksi kupariputkella kasvavat bakteerit näyttävät kestävän paremmin klooria kuin muoviputkella kasvavat bakteerit. Kloori myös reagoi metallien kanssa, jolloin aktiivisen kloorin määrä laskee metalliputkissa nopeammin kuin esimerkiksi muoviputkissa.

Verkoston kontaminaatiotapauksissa voikin olla tarpeen veden klooripitoisuuden hetkellinen kasvattaminen ja veden pH:n lievä laskeminen yhdistettynä verkoston mekaaniseen puhdistamiseen. Tällöin myös biofilmeihin sitoutuneet mikrobit saadaan tehokkaammin poistettua ja tuhottua verkostosta. Tehostetun kloorauksen aikana on tarkkailtava veden klooripitoisuutta myös verkoston latvaosissa, jotta riittävä määrä aktiivista klooria leviää koko verkoston alueelle.

Markku Lehtola¹, ² tuotantopäällikkö
Ilkka Miettinen² erikoistutkija
¹Kuopion Vesi
²KTL, Ympäristöterveyden osasto

Kirjallisuutta

1. Lehtola MJ, Torvinen E, Kusnetsov J, ym. Survival of Mycobacterium avium, Legionella pneumophila, Escherichia coli, and caliciviruses in drinking water-associated biofilms grown under high-shear turbulent flow. Appl Environ Microbiol 2007;73:2854–9.