Химикаты для защиты водопровода могут способствовать загрязнению воды
Многие системы городского водоснабжения добавляют умягчители для предотвращения засорения труб минеральными отложениями. Новое исследование показывает, что эти добавки могут повышать риск попадания патогенов в питьевую воду, ослабляя сцепление бактерий (включая возбудителей болезни легионеров) с внутренней поверхностью труб.
Биоплёнки, похожие на налёт в аквариумах, присутствуют почти во всех водопроводных системах и закрепляются на минеральных отложениях в трубах. Обычно они содержат безвредные микроорганизмы, и случаи заболеваний, передающихся через воду, редки.
«Грунтовые воды, питающие многие города, могут содержать много магния и кальция», — говорит профессор гражданского строительства и соавтор исследования Хелен Нгуен. «В сочетании с другими элементами они образуют толстые отложения минерального налёта, которые засоряют инженерные системы водоснабжения. Поэтому на водоочистных станциях добавляют химикаты, называемые полифосфатами, для растворения минералов и контроля образования налёта».
Предыдущее исследование соавтора, профессора гражданского и экологического строительства Вэнь-Цзо Лю, показало, что даже при добавлении антимикробных агентов водоканалами, бактерии, растущие на минеральном налёте, могут размножаться до опасного уровня в воде, застаивающейся в системах внутренней водопроводной сети.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Biofilms and Microbiomes, команда инженеров из Университета Иллинойса показала, что добавление антискалантов (химикатов против накипи) приводит к тому, что биоплёнки становятся толще и мягче.
Команда измерила толщину и жёсткость биоплёнок, выращенных в лаборатории, с помощью магнитомоторной оптической когерентной эластографии — инструмента, используемого для измерения прочности раковых тканей. Этот аналитический метод, разработанный профессором электротехники и вычислительной техники и соавтором исследования Стивеном Боппартом, позволил команде количественно оценить влияние полифосфата на прочность биоплёнок.
Для воспроизведения процессов в инженерных водопроводных системах команда использовала трубы из ПВХ и грунтовые воды из района Шампейн-Урбана для выращивания биоплёнок. Были созданы несколько сценариев — с добавлением полифосфатов и без. Во всех случаях образовывались биоплёнки, но в системе с полифосфатами они были значительно толще и мягче, чем в других.
«Увеличение толщины биоплёнки означает больше бактерий, а размягчение повышает вероятность того, что её фрагменты оторвутся и загрязнят воду под нормальным давлением потока», — поясняет Нгуен. «Качество водопроводной воды регулируется Агентством по охране окружающей среды (EPA) только до границы участка, а не до крана. Поэтому в зданиях, где вода застаивается долгое время, это может стать проблемой общественного здравоохранения».
Проблема, по мнению исследователей, в том, что для поддержания адекватного потока воды через трубы необходим какой-либо антискалант. «Конечно, одним из решений могла бы быть замена труб после их засорения минеральными отложениями, — говорит Нгуен. — Но это было бы очень дорогостоящим мероприятием для коммунальных служб и владельцев недвижимости в такой большой стране, как США».
Нгуен считает, что наиболее доступное и реалистичное решение будет найдено через лучшее понимание химии воды, а не путём попыток уничтожить все микробы, замены труб или изменения нормативных актов.
«До этой работы у нас не было хорошего понимания взаимосвязи между химическим составом воды и микробиомом, существующим в водопроводных системах. Эта работа дала нам первоначальное представление и инструменты, чтобы помочь определить, какие химические вещества будут работать лучше всего и в какой концентрации».
Команда продолжает исследования, изучая способы физического удаления биоплёнок без демонтажа труб, а также влияние антикоррозионных химикатов на биоплёнки и качество воды.
«Мы не сможем контролировать, как долго потребитель питьевой воды будет позволять воде застаиваться, но мы можем работать над пониманием того, как химические вещества, которые мы добавляем в воду, взаимодействуют с биоплёнками».