De la vie dans le réseau de distribution d’eau potable: SURVEILLANCE DU POTENTIEL DE FORMATION DE BIOFILM Par Dr. Kelly A. Reynolds, MSPH Le réseau de distribution d’eau potable est une source d’inquiétude en ce qui concerne la contamination de l'eau pendant la livraison et la recroissance des micro-organismes qui survivent au traitement. La présence naturelle de matières organiques dans l'eau offre une source d’alimentation pour les bactéries qui peuvent se coloniser sur les parois intérieures des conduites de distribution, formant des biofilms qui protègent et permettent la croissance des microbes, dont certains sont associés à des effets hostiles pour la santé des humains. Équilibrer les risques et les avantages des différents traitements d'eau potable pour réduire au minimum la formation de biofilms s'est avéré difficile. Dans certains cas, résoudre un problème signifie en créer d’autres. Inconvénients de la distribution La désinfection de l'eau potable ne produit pas un produit stérile. Les bactéries peuvent survivre au processus de traitement et utiliser les aliments nutritifs dans l'eau, ayant comme résultat leur croissance et leur recroissance dans le réseau de distribution. Les bactéries peuvent s’attacher à la surface des conduites de distribution où elles forment un biofilm. Les biofilms sont des groupes de matières organiques et inorganiques qui s’accumulent dans les conduites, hébergeant et protégeant les bactéries contre des efforts de traitement supplémentaires. Les bactéries du biofilm peuvent produire un agent gélatineux qui facilite l'adhérence et la durabilité du biofilm luimême. Les complexes de Legionella et de Mycobactérie avium (MAC) sont deux organismes qui sont souvent isolés des biofilms et inquiètent en raison de leurs effets néfastes pour la santé. Un buffet pour les bactéries Il est bien connu que le facteur primaire contribuant à la recroissance bactérienne dans le réseau de distribution est la disponibilité d’aliments nutritifs dans l'eau. D'autres facteurs jouent également un rôle, y compris la température, le temps de séjour et l'efficacité de la désinfection. Les aliments nutritifs dans l'eau sont essentiellement des composés organiques. Des variétés de composés sont disponibles aux microbes comme source d'énergie. Ceux principalement associés à la croissance bactérienne sont connus en tant que carbone organique dissous, carbone organique biodégradable (COBD) ou carbone organique assimilable (COA). La présence d’organismes MAC à la source d’eau est souvent en corrélation avec la turbidité. Bien que le traitement de l'eau soit efficace à réduire le MAC, les niveaux dans les réseaux de distribution sont en moyenne 25,000 fois plus élevés que les niveaux à l’usine de traitement, 1 suggérant la croissance dans le réseau de distribution. De plus, les niveaux de MAC sont corrélés positivement avec les niveaux de COA et de COBD, composés reconnus pour « alimenter » les populations bactériennes1. Les eaux présentant des niveaux élevés de COA et de COBD (c.-à-d.,>150 µg / L et >0.5 mg / L, respectivement) entrant dans le réseau de distribution devraient être considérées pour d’autres traitements parce que le contrôle du développement du biofilm et de la recroissance bactérienne devient reconnu comme étant un aspect important de la qualité de l'eau. Des bactéries communes (c.à-d., des bactéries de HPC) peuvent être empêchées de croître même dans des réseaux non chlorés quand des niveaux de COA sont maintenus en dessous de 10 µg/L. Des bactéries de coliforme dans de l'eau chlorée ont été empêchées de croître à des niveaux de COA <50-100 µg /L. Pour obtenir ces degrés de qualité, un niveau élevé de traitement est souvent nécessaire, impliquant des procédés tels que la coagulation, l'application de charbon actif, la filtration biologique ou le procédé de membrane5. Surveillance améliorée Contrôler la présence d'éléments nutritifs dans l'eau aide à déterminer la qualité de l'eau au robinet, particulièrement pour la recroissance d’organismes. Puisque le COA est reconnu pour stimuler la croissance bactérienne dans le réseau de distribution, il est un paramètre commun à surveiller pour le potentiel de recroissance dans le réseau. Pour détecter le COA, une méthode normalisée connue sous le nom d'essai biologique est utilisée. Bien qu'il y ait beaucoup de variations au test de l'essai biologique du COA, la méthode conventionnelle du COA est d’ajouter un niveau connu de bactéries à un échantillon d'eau et de permettre à la population de grandir jusqu’à l'épuisement des éléments nutritifs disponibles (c.-à-d. carbone). Une fois la source nutritive de l'eau épuisée, le niveau de la croissance des bactéries est mesuré et comparé à la concentration nutritive originale. Cette méthode a été développée pour la première fois en 19823 pour le contrôle de la qualité de l'eau potable. Le test est tout à fait simple sauf que les eaux spécifiques doivent être évaluées pour des interférences potentielles, tels le désinfectant résiduel, l'inhibition de sulfate de cuivre, et des niveaux élevés de pH dans les eaux traitées avec un adoucisseur. Par conséquent, les ajustements utilisant des neutralisants désinfectants, des agents de chélation et des amortisseurs de pH peuvent être nécessaires pour certaines sources d’eau. Dans un court délai, la méthode originale a été modifiée pour utiliser deux espèces de bactéries, les contraintes P-17 de Pseudomonas fluorescent et les contraintes bactériennes NOX de 2 Spirillum. Ces bactéries produisent un epifluorescense naturel et peuvent être détectées dues à leurs natures électroluminescentes spécifiques. Au commencement, l'essai de COA, utilisant le comptage des bactéries sur plaque, a exigé jusqu’à huit jours jusqu’à terme, fournissant seulement des données historiques sur la qualité de l'eau. L'utilisation des analyses luminescentes d'epifluorescens a diminué les périodes de détection à cinq jours3. Plus récemment, des scientifiques ont génétiquement modifié les bactéries de détection du COA, la contrainte NOX de Spirillum et la contrainte P-17 de Pseudomonas fluorescents, et ont choisi ceux avec une activité luminescence élevée et ont augmenter la sensibilité en prévoyant les niveaux du COA2. Cette nouvelle méthode réduit le temps d'analyse à deux-trois jours et est susceptible d'être modifiée pour une analyse automatisée dans un avenir rapproché. D'autres travaillent sur l'analyse « en temps réel » du COA, nécessitant une-deux heures d'incubation avant de mesurer la luminescence biologique. Bien que prometteuse, l'information sur la validation de cette méthode des échantillons d'eau potable n'est pas actuellement publiée. (CheckLight Ltd, Qiryat-Tiv’on, l'Israel ; http://www.checklight.co.il). Balancer l’efficacité du traitement Les gestionnaires des usines de traitement de l'eau sont préoccupées par la formation des sousproduits de désinfection au chlore (c.-à-d., trihalometh-anes - Des supposés carcinogènes qui sont liés aux défauts de naissance, aux fausses couches et à la mortalité à la naissance) et sont intéressés à équilibrer le besoin de désinfection microbienne avec la diminution de la formation de sous-produits. Comme alternative, l'ozone, un puissant agent désinfectant et oxydant, est utilisé dans quelques applications de traitement de l'eau. En dépit de ses propriétés efficaces de désinfection, l'ozone peut convertir de grandes molécules organiques dans l'eau en de plus petites molécules (c.-à-d., augmentant le COA ou le COBD) qui sont à leur tour plus disponibles pour l'usage bactérien et stimulent la recroissance des Source : Université Binghamton bactéries dans le réseau de distribution. En fait, l'ozone a été montré pour tripler le niveau de COA. De même, les méthodes conventionnelles de traitement de l'eau comprenant la chloration et l'irradiation par UV peuvent avoir un effet semblable. Pour réduire au minimum cet effet, des filtres biologiques servant à réduire les niveaux initiaux du COA et du COBD et/ou l'addition de désinfectant résiduel pour réduire la recroissance dans le réseau de distribution sont souvent recommandés. Quelques scientifiques suggèrent que l’effort pour maintenir un niveau de désinfectants résiduels dans le réseau de distribution a des avantages limités. Les cas de contamination d’importance (c.-à-d., contamination d'eaux d'égout aux raccordements croisés) ne sont pas rectifiés par les 3 désinfectants résiduels. Quelques experts craignent que l'utilisation des désinfectants résiduels puisse masquer les risques pour la santé en éliminant les indicateurs d’organismes (c.-à-d., bactéries de coliforme) mais en n'affectant pas les microbes pathogènes ou les biofilms déjà formés. En raison des soucis causés par les trihalometh-anes et d'une possible fausse sensation de sécurité, plusieurs pays européens choisissent de renoncer à l'utilisation des désinfectants résiduels comme traitement courant et de se concentrer à maintenir la stabilité biologique de l'eau (c.-à-d., équilibrer les niveaux de COBD et de COA pour contrôler la croissance bactérienne). Bien qu’emplis d’incertitudes concernant une efficacité consistante, les chlores résiduels sont considérés aux États-Unis comme étant des barrières nécessaires contre la recroissance. De plus, bien que moins que parfaits, les chlores résiduels sont les seuls gardiens contre la contamination dans les réseaux de distribution. Considérer qu'une baisse du chlore résiduel a démontré une correspondance de l’augmentation de 50-fois des bactéries dans le réseau de distribution. Des difficultés à assurer une eau de qualité Dans le réseau de distribution, les fluctuations passagères de la pression de l'eau ne sont pas rares. Ces événements créent des vagues négatives de pression dans les conduites de distribution, les laissant susceptibles à l'afflux d'eau contaminée provenant de l'extérieur, à des niveaux supérieurs à un (1) gallon minute. L'eau extérieure est aspirée à travers de petites fuites dans les conduites de distribution. Dans les régions où les conduites de collecte des eaux usées sont à une proximité étroite des conduites de distribution d'eau potable, les implications sont troublantes. De façon générale, les conditions qui contribuent à la croissance des bactéries dans le réseau de distribution sont complexes. Ils sont également spécifiques aux emplacements variables des sources d'eau et aux paramètres de la qualité de l'eau. La colonisation des bactéries sous forme de biofilms se produit rapidement dans les conduites de distribution et la croissance est aggravée par la présence élevée de COA et de COBD, en plus de la contamination après traitement dans le réseau de distribution même. Avec tant de facteurs contribuant, il est difficile de prévoir la qualité de l'eau au point d’utilisation. Il y a des sources multiples de contamination de l'eau potable une fois qu'elle quitte l’usine de traitement et peu d'options pour sa protection. Cette constatation est une force d'entraînement derrière le besoin de dispositifs au point d’utilisation comme complément à l'approche multi barrières au traitement de l'eau potable. Références 1.Falkinham, J.O., Norton, C.D. et M.W. LeChevalier. 2001. Facteurs influençant les nombres d'Avium de mycobactérie, d'intracellulaire de mycobactérie, et d'autres mycobactéries dans les réseaux de distribution d'eau potable. Microbiologie appliquée et environnementale. 67:1225 1231. 4 2. Haddix, P.L., Shaw, la New Jersey et M.W. LeChevalier, 2004. Caractérisation des dérivés bioluminescent s des bactéries organiques assimilables d'essai de carbone. Microbiologie appliquée et environnementale. 70:850 - 854 3. Kaplan, L.A., Bott, T.L., et Reasoner, D.J. 1993. Évaluation et simplification de l'essai biologique nutritif de carbone organique assimilable pour la croissance bactérienne en eau potable. Microbiologie appliquée et environnementale. 59:1532 - 1539. 4. Najm, I., LeChevalier, M.W., Randall, A.and Kiene, L. 2000. Les études de cas des impacts du traitement changent la stabilité biologique sur les réseaux de distribution. Base de recherches d'AWWA, Denver, projet #361/Report # 90816. 5. Van der Kooij, D., Visser, A., et Hunen, W.A.M. 1982. Détermination de la concentration du carbone organique facilement assimilable en eau potable. Journal de l’AWWA. 74:540. 6. Volk, C.J. et LeChevalier, M.W. 1999. Impacts sur la réduction du niveau d’aliments nutritifs sur la qualité de l'eau bactérienne des réseaux de distribution. Microbiologie appliquée et environnementale. 65:4957 - 4966. Au sujet de l’auteur Le Dr. Kelly A. Reynolds est une scientifique de recherche à l'université de l'Arizona avec une concentration sur l'élaboration de méthodes rapides pour détecter les virus pathogènes humains en eau potable. Elle détient une maîtrise en science de la santé publique (MSPH) de l'université de la Floride du Sud et un doctorat en microbiologie de l'université de l'Arizona. Reynolds a également été membre du Comité technique de revue de WC&P depuis 1997. 5