Biofilms and bacterial drinking water quality

The deterioration of water quality in distribution systems due to bacterial regrowth is, at the present time, a major concern of drinking water producers. In this context, a good knowledge of the factors controlling bacterial development is required; the aim of the present study is to understand the rote of biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) in the bacterial dynamics of the distribution system. This paper discusses the results obtained in a study carried out in order to assess the dynamics of biodegradable dissolved organic carbon and suspended bacteria in the water distribution system of the Northern Parisian suburbs lad by the Méry-sur-Oise treatment plant. The results show clearly that a significant decrease in BDOC occurs within the smallest pipes, when the BDOC level in the finished water is higher than about 0.20 mgC.L-1. However, no decrease in BDOC is observed when the BDOC in the finished water is lower than 0.16 mgC.L-1. The bacterial abundance in the distribution system is primarily linked to the absence of free chicane. Temperature and BDOC concentration in the finished water are also major controlling factors of bacterial numbers. Bacterial growth rates are in the range 0.005 to 0.1 h-1 in the absence of free chlorine, the highest of these values are in the same range as the growth rates measured for bacteria in natural aquatic ecosystems. Fixed biomass to the inner pipes surface are in the range 0.25 to 0.65 µgC.cm-2 and the average growth rate of fixed bacteria seems to be roughly in the same order of magnitude as the average growth rate of the suspended bacteria. A model of the dynamics of BDOC and bacteria in distribution network, incorporating the knowledge gained from this and previous studies concerning the control of bacterial activity by dissolved organic matter, is presented. It involves a mathematical representation of the kinetics of bacterial adsorption-desorption processes, bacterial attachment, bacterial utilization of biodegradable dissolved organic matter and impact of chlorine on free and fixed bacteria. It allows simulation of the impact of reducing the BDOC in the finished water on processes associated with bacterial regrowth in the distribution network..

Section: Fixed Bacterial Numbers (Lo^nr 2 )supporting

confidence: 78%

“…However, VAN DER WENDE et al (1989) suggested that fixed bacteria are more résistant to chlorine toxicity, due to the présence of an extraceilular polymer i.e. mucus envelope subsiances.…”

Section: Impact Du Chlore Libre Sur L'ativité Bactérienne (Activité Bmentioning

confidence: 99%

Studies of BDOC and bacterial dynamics in the drinking water distribution system of the Northern Parisian suburbs

Servais¹,

Billen²,

Praly³

et al. 2005

“…Un réseau de distribution peut être défini comme un réacteur alimenté par un flux discontinu de matière organique, d'oxydant et de cellules, conduisant systématiquement à la formation d'un écosystème microbien relativement stable (biofilm) à l'interface solide-liquide (LECHEVALLIER et al, 1987; VAN DER WENDE et al, 1989 ;BLOCK et al, 1992a) et à la modification des caractéristiques de l'eau distribuée (RJTTMANN et SNOEYINK, 1984 ;MATHIEU étal., 1991).…”

Section: -Discussion Et Conclusionunclassified

Paramètres gouvernant la prolifération bactérienne dans les réseaux de distribution

Mathieu¹,

Paquin²,

Block³

et al. 2005

L'étude a permis de suivre l'évolution des caractéristiques physico-chimiques et microbiologiques des eaux dans un réseau de distribution expérimental de taille industrielle, afin de comparer d'une part l'effet du chlore et de la monochloramine sur la biomasse présente dans le système à l'équilibre et d'autre part d'établir des relations quantitatives entre prolifération bactérienne, oxydant et matière organique biodégradable. Dès les premières heures de transit dans le réseau, une consommation des oxydants est constatée, avec toutefois une plus grande stabilité de la monochloramine (vitesse de consommation de 0,05 mgCl2 l-1h-1 et 0,02 mgCl2 l-1h-1 respectivement pour le chlore et la monochloramine). Même en présence d'un désinfectant résiduel, il est possible de noter une accumulation de bactéries-à ta surface des tuyaux de distribution (105 à 106 cellules. cm-2, dont environ 1 % est cultivable sur gélose) qui augmente avec la diminution de concentration du désinfectant résiduel. Les relations logarithmiques entre densité cellulaire (phase eau ou biofilm) et oxydant résiduel montrent d'une part que pour inactiver totalement les bactéries en suspension dans l'eau il convient de maintenir une chloration en continu avec un résiduel constant supérieur ou égal à 0,5 mgCl2 l-1 et, d'autre part que les chloramines sont au moins 2,5 fois moins efficaces que le chlore, même vis-à-vis des bactéries fixées. La présence de matière organique biodégradable dans les eaux explique la prolifération des bactéries dans le système de distribution. Ainsi une concentration additionnelle de 100 µg.l-1 de carbone organique dissous biodégradable (CODB) dans l'eau entrant dans le réseau de distribution occasionne en 24 heures et à 20°C une augmentation du nombre de bactéries fixées (+7,5.105 cellules.cm-2) ou en suspension (+ 4.104 cellules.ml-1) dans le réseau de distribution, à l'équilibre, déjà largement colonisé par des micro-organismes. Ainsi le contrôle de la fraction biodégradable de la matière organique apparaît toujours comme un objectif primordial.

“…facto, la btomasse est retrouvée aussi bien dans la phase eau, que sur les parois de ces canalisations dans un rapport moyen de 1 à 10. Cette biomasse fixée (biofilm) représente non seulement la plus grande masse de microorganismes présents dans le réseau mais, comme le prouvent les travaux de VAN DER WENDE et al (1989) et les calculs réalisés à partir des données publiées de HAUDIDIER et al (1988), elle est fa seule fraction active, c.a.d. réellement capable de se multiplier à partir des molécules nutritives apportées par l'eau avec des taux de doublement (g) compris entre 1 et 11 jours.…”

Section: Effect Of Chlorine On Quasi Steady State Biofilm -Bacterial unclassified

“…Dans ces conditions, le biofilm peut être assimilé conceptuellement à un biofilm mince ou à un ensemble de microcolonies plus ou moins régulièrement dispersées à la surface du matériau. Ainsi, il peut paraître surprenant que le produit toxique [HOCI / OCI] soit si peu efficace vis-à-vis des biomasses fixées comme le montrent nos essais et ceux de la littérature (HERSON et al, 1987 ;LECH ÉVALUER étal., 1988 a ;VAN DER WENDE et al, 1989). En fait, trois raisons au moins peuvent expliquer cette observation :…”

Section: Effect Of Chlorine On Quasi Steady State Biofilm -Bacterial unclassified

Effet du chlore sur la colonisation bactérienne d'un réseau expérimental de distribution d'eau

Paquin¹,

Block²,

Haudidier³

et al. 2005

La contamination bactérienne de la phase eau d'un réseau de distribution résulte d'une multiplication des bactéries sur les parois des canalisations d'eau (biofilms) suivie de leur arrachage et de leur transport dans le flux circulant. Ce travail met en évidence l'effet du chlore, d'une part, sur la formation des biofilms et, d'autre part, sur des biofilms déjà constitués. Des éprouvettes de matériaux neufs introduites dans des eaux présentant des concentrations en chlore total variant de 2,4 à 0,02 mg/l et véhiculant entre 0,5 x 106 et 5 x 105 cellules bactériennes/mi (dont 1 à 10 % de bactéries cultivables) sont rapidement colonisées (106 à 108 cellules/cm2). L'effet du chlore est sensible sur les cellules totales pour des concentrations de l'ordre de 1 à 2,4 mg/l. Sur les bactéries cultivables, un ralentissement de la croissance du biofilm est observé dès 0,3 mg/1 de chlore total. Par contre, des résiduels de 0,02 ou 0,05 mg/l sont sans effet sur la cinétique de formation des biofilms. Des résiduels moyens de chlore total compris entre 2,3 et 3,4 mg/l appliqués en continu pendant 14 jours sur un biofilm constitué d'environ 8,7 x 106 cellules par cm2 (1,7 % de bactéries cultivables), entraînent l'élimination d'environ 90 % des bactéries fixées (abattement d'1 logarithme) durant les premiers jours d'exposition. L'altération du biofilm exposé à un résiduel de chlore total de l'ordre de 1,3 mg/l est identique, mais toutefois plus étalée dans le temps. Ces essais réalisés sur des éprouvettes de PVC, PE et mortier de ciment n'ont pas permis la mise en évidence de comportements différents de ces 3 supports..Bacterial accumulation in drinking water systems results both of cell deposition on the pipe walls and attached bacteria growth. The presence of a complex biofilm (cells embedded in a matrix of exopolymers) leads to a continuous contamination of the water phase resulting from the erosion of the attached growing biomass. Then, many tentatives to lmit the formation of such a biofilm have been suggested as the removal of biodegradable organic matter fram water or as the application of disinfectant. However, the efficiency of chlorination of the distribution system is debatable. Indeed, adhesion is often described as a factor of protection of attached bacteria which counterbalances the expected effect of disinfectant. Then, the aim of this experimental work is using a model distribution system to evaluate (i) the kinetics of biofilm accumulation on coupons of new materials (Polyvinyl chlorure : PVC, polyethylene : PE, cement) disposed in a constantly chlorinated system (residual total chlorine from 0.021o 2.4 mg. l-1), (ii) the effect of chlorination on previously accumulated biofilms.The industrial pilot plant used in this study is comprised of five loops serially disposed (fig. 1). From previous study of simulation, one may assume that each loop works like a perfectly mixed reactor when the whole pilot plant is equivalent to an infinite tubular reactor with high axial dispersion coefficient. During the experiment, t...