TECHNISCHE HOGESCHOOL
Afdeling der Civiele Techniek
'Microbiologie bij de waterbereiding'
34e Vakantiecursus in drinkwatervooniening 7 en 8 januari 1982 te Delft
Reeds in onderstaande volgorde in boekvonn veschenen de voordrachten van de volgeade. cummen:
1. Filtratie; 2. Vervarrdigngvan buizen voar t r a a s w - en dishiburieleidinaen; 3. Winningvanmon-r; 4. Watemtivering; 5. ~ & ~ i s c h ta: s p e m van dedrinkwatervoorziening;- 6, Het transpo~en de distfhtie va leidingwarer; 7. Keu~e,aan?asthg en beSfhemiagvan mtlterklenvoor k d - en mrmwaterWngen; 8.9 en 10. Enige we&ensr%appeIijke groncldagen der watarleidingtechniek I, 11en IZi; 1 I. Radhctiviteit; 12. Crondwater; 13. De ∈ 14. Nieuwe ontvPikkelingen indewaterleidIngtecLnik?L van 20. Physische technologic van de waterzuivering; 2 1. Van goed naar beter water; 22. ~etontwer~en watenuiverin~installatie~;23. Kwaliteilsbeheening bij de openbare drinkwatervooxziening; 24. De Maas; r&t leidingen; 27. Re$ 25. ~e openbrue tmte~oorzieninginde miratschappij van m6fgen; 26. ~ a t e m a n s p ~do en stuurtechniek in Let waterlddingbedrijr; 28. Dewinning en aanvuuing van grandwateren behvloedingvan de b;mgeVing; 29- Nieuwe mkiingstechniehn; 30. Distributiemttenen Wenleid&gen; 31. Drinkwater in breder ∧ 32. De dtinkwatmmidnginontwikkelingslanden; 33. Tmicobgkeheaspecten wndridcwa~
J. C. VAN DER VLUGT and T. ALDENBERG:
Blooms of algae and their control by phosphoros precipitation/inactivation In three modelreservoirs-Lund tubes-a method reducing algal blooms in shallow reservoirs was studied. Iron or aluminium have been added to the inlet waters for chemically binding the inflowing phosphorus in the reservoir. The research program, started in 1975, includes intensive monitoring of many chemical and hydrobiological variables. Specialattention has been paid to the estimation of the biomass of phytoplankton and zooplankton. In this paper the resultsfound in the periodof 1975- 1978 t are discussed. Based on these results it can be concluded that the removal of phosphorus by the proportional addition of Fe-salts to the inlet water is a feasible and effective method in :ontrolling algal biomass while maintaining an acceptable raterquality in shallow reservoirs. The addition of AVR ithout removal of the AVR-phosphate floc from the flowing water has been unsuccessful in preventing luegreen) algal blooms. In addition to the removal of osphates the removal of the nutrient-rich bottom Iiments may be required. can be concluded that grazingof zooplankton on phytolankton is an important mechanism in regulatingthealgal oiomass. For that reason a well-balanced fish population is of considerable interest. The developmentof dynamic models in this field of research is indispensable for the understandmgof the interactionbetween processrates and observed variables.
J. HUISMAN: Water and Health On the basis of a recent faecal drinkingwater-pollution that occurred in Rotterdam in March 1981, a survey is given of some microbial disease producing organisms that in principle could play a role in such an incident in the Netherlands as Salmonella, Campylobacter, Giardia, Hepatitis A-virus (HAV) and rota-virus (HRV). The attention is also drawn to recent developments in the knowledge of some water-borne pathogens as Legionella pneumophiia and Mycobacterium kansasii.
J. (2.KUENEN: Adlaptations of bacteria to low nutrient environments For an understanding of the microbiology of drinkingwater tht: study of microbes able to live under low nutrient (olligotrophic)conditions is essential. Rf:cent studies on microbial adaptations to oligotrophic en~vironmentshave given an insight in a number of ch ~aracteristicswhich may be important for the survival of 21 Jgotrophic bacteria under low nutrient conditions. P L significantcontribution to our present understanding :omes from eco-physiological studies in laboratory modelsystems such as the chemostat.This technique allows the study of the physiology and competition of organisms under growth limitation by relevant substrates. Another important contribution comes from studies on the interaction of bacteria with interfaces. In the paper particular attention is paid to experiments with model organisms which have revealed a number of characteristics and ecological principles which may be particularly important for the oligotrophic way of life: I. affinity for the growth limiting substrate, 11. surface to volume ratio, 111. hoarding capacity, IV. ability to grow attachment mixotrophically,v. reactivity and flexibility,~~. to solid surfaces. On the basis of the present knowledge of the oligotrophic way of life the profile of an ideal oligotrophicispresented. J. ZWAAGSTRA: Presence and significance of animals in water supplies Research at a few drinking-water-purification-stations shows that animals, especially benthic species, penetrate the purificationsystems. There are many more ways by which distribution systems are infested by animals.
In areas with low watervelocities, problems are to be expected, caused by accumulation of nutrients. These problems include detection of animals or parts of animals by consumers, water-coloring by scales and excrements and odor- and taste-production through decomposition of dead animals by bacteria, fungi and actinomycetes. The number of animals in water-mains can be controlled by e.g.: - intensive purification, designed to eliminate as many nutrients and organisms as possible; - careful supervision when laying and repairing mains; - systematic and efficient flushing.
Application of an ozone treatment or a post chlorination step in such a scheme will further reduce the enterovirus Level to such a degree that the daily drinking water production of a water work (2 x I F m3 drinkingwater) may be almost free from enteroviruses. A. H. HAVELAAR: Microbiological analysis of minldngwater A review is presented of the principles of microbiological analysis of drinking water. Existing Dutch legislation is at present being modified according to the Directives of the European Communities. Attention is also paid to methodological aspects.
M. VAN OLPHEN: Viruses in water Amongst the viruses that infect man, more than 100 d i e r e n t types are known to beexcretedinfaeces.By way of sewage discharge, untreated and treated, viruses will penetrate into surface waters used for the preparation of drinking water. Viruses can survivein water for prolonged periods of time. For the examination of large volumes of water concentration techniques are applied, followed by inoculation of the concentrates onto cell cultures. With these methods a number of different virustypes has been isolated out of surface water and partially treated water in the Netherlands. Unlike experiences in foreign countries, no viruses could be detected in Dutch drinking water. Since minute quantities of virus can infect a susceptible ind~idual,the presence of even small amountsof viruses in drinking water poses a potential health hazard. The absence of the bacterium Escherichia coli, routinely used as indicator of faecal pollution, is inadequate to guarantee the absence of viruses.
D. VAN DER KOOIJ: Interactions between materials and micm-orgmkms and their effects on water quality during distribution The quality of drinking water in distribution systems is affected by a number of interactionsbetween microorganisms present in drinkingwater and materials used to construct the system. In general, bacteria attack and grow on materials in contact with water. Some materials are subject to microbial attack, e.g. cast iron by sulfate-reducing bacteriaand rubber by actinomycetes. Lubricants and a number of non metallic materials may enhance multiplicationof a great diversity of heterotrophic bacteria. Tests for determining the release of biodegradable compoundsfrom non-metallicmaterials, which have been developed in recent years, are reviewed. Plumbing fixtures mainly consist of copper and lead. Copper released into water is partly present as cupric ions, which are highly toxic for many bacteria. The ability of specific bacteria, including Mycobacterium kansasii and Legionellapneumophila, to develop in plumbing systems should be further investigated.
M. VAN OLPHEN and E. VAN DE BAAN: Vuological survey of drinkiogwater and sudace water in the Netherlands (1978-1980) The examination of drinkingwater for the presence of viruses was started in the Netherlands after reports in other countries about virus isolationsfrom drinkingwater, in which bacterial indicatorsof faecal pollution were absent. After optimalisationof concentration techniques to detect small numbers of viruses in large volumes of water, six waterworks preparing drinking water from surface water, were selectedfor virological sampling of the raw water source, freshly prepared water and water in the distribution network. Out of the raw water samplesagreat variety of human 'enteric' viruses was isolated, the largest numbers of viruses were detected in the winter. In none of the 100 samples of drinkingwater of 500 litres each, viruses were detected. On account of this result the answer to the question if routine monitoring of drinking water for the presence of viruses in the Netherlands is necessary can as yet be negative. In order to prevent the occurrence of viruses in finished water it is nevertheless of great importance to get informedabout the virological reduction capacity of the various treatment processes in practice.
G. OSKAM: Microbiological Processes in Storage Reservoirs When properly managed,storageof polluted riverwater in reservoirs will result in improved quality of the stored water. Beside physical and chemical removal mechanisms, microbiologicalprocesses play an important role in the water quality improvement.After considering the kinetics of removal processes under plug flow and mixed conditions, attention is paid to: - biodegradation of organicsubstances: taste and odour, phenols, TOC; - nitrification of ammonia, including the use of a model for ammonia control in reservoirs; - nitrate reduction anddenitrification,resultingin nitrate removal; - effects on hygienic quality: the die-off of bacteria and viruses. Treatment of the subject is based on experience with the shallow Berenplaat reservoir, fed with Rhine water and the much deeper Biesbosch reservoirs, which store water from the Meuse.
H. 1.KOOL and H. J. VAN KRANEN: l k e removal of m i c r o - o r g e m drink@ water supply To produce drinkingwater which meets the current water quality criteria, surface water has to be purified to a high degree in The Netherlands. Several treatment processes, viz. storage reservoirs, dune filtration,coagulation and sedimentation, sand filtration (slow and fast), ozone and chlorine treatment have been evaluated in this respect on the removal andlor inactivationof micro-organisms. Based on each treatment proces aremoval/inactivation percentage bas been estimated. Using these estimates in two purification schemes which often are applied in The Netherlands, it is calculated that drinking water prepared from polluted river Rhine water will not contain thermotolerant wlibacteria and enteric viruses in 1m3.
D. VAN DER KOOU and W. A. M. HIJNEN: Removalof organic compoundby micro-organhw during filtration processes Bacteria present in soil or in filters contributesignificantly to the removal of biodegradablecompoundswith hygienic significanceas well as compounds which may cause bacterial regrowth during distribution of drinking water. Factors which affect such removal are the kinetics of substrate utilization by bacteria, diffusion and the organic load of the filters. The effectsof these factors are illustrated by using the kinetics of glucose utilization of a Flavobacterium strain as example. Determination of the concentrationof easily assimilable organic carbon AOCin water before and after filtration in practical situations revealed a linear relationship between AOC volume load of the filters and the AOC removal per unit volume of filterbed per hour. Furthermore,at low AOC loads, lower removal percentages were observed than at higher AOC loads.
Optreden en beperking van algengroei
Voorwoord Het in dit artikel beschreven onderzoek werd gerealiseerd in een samenwerkingsverband tussen het Rijksinstituut voor Drinkwatervoorziening, de Deltadienst van Rijkswaterstaat en het Keuringsinstituut voor Waterleidingartikelen. Het onderzoek was mogelijk dankzij de welwillende medewerking van het Gemeentelijk Energiebedrijf te Dordrecht. De dagelijkse uitvoering ervan berust bij de Projectgroep Planktonbeheersing in Bekkens, die is samengesteld uit medewerkers
1
DRS. T. ALDENBERG RID
van het Rijksinstituut voor Drinkwatervoorziening en de Deltadienst. De begeleiding van het onderzoek was in handen van de 'Begeleidingscommissie Planktonbeheersingin Bekkens'.
Inleiding
Nagroei van micro-organismen [6] en hogere organismen [7] in het leidingnet is hiervan een gevolg. Mede met het oog hierop dient dan ook een beperking van de algengroei in spaarbekkens te worden nagestreefd. Het hier beschreven eutrofieringsonderzoek had als doelstelling: het vaststellen of, en in welke mate, fosfaatverlagende behandelingsmethoden van inlaatwater beperkend werken op de groei van algen in een ondiep bekken met middellange verblijftijd. Enerzijds was dit onderzoek geent op de problematiek bij de drinkwaterbereiding uit spaarbekkens, anderzijds op de algemene milieuhygienische aspecten van de eutrofiering in de (toekomstige) stagnante wateren in het deltagebied. Een belangrijke afgeleide doelstelling van het onderzoek was her mogelijk gebruik van de meetgegevens voor het ontwikkelen van waterkwaliteitsmodellen ten dienste van het beheer van Nederlandse meren in het algemeen. Het onderzoek werd uitgevoerd in drie butylrubberreservoirs in het spaarbekken 'Grote Rug' te Dordrecht in de periode 1975 - 1978. Beschrijving van de reservoirs Het spaarbekken 'Grote Rug' is sinds 1968 in bedrijf voor de drinkwatervoorziening van de gemeente Dordrecht c.a. De inhoud eman is ca. 3.3 x 106m3, de diepte 5.5 m en de oppervlakte 60 ha. De gemiddelde verblijftijd van het water is 150 dagen. Sinds de inbedrijfstelling van het bekken
wordt 10 mg FeB/1(FeS04) aan het inlaatwater toegevoegd ter verlaging van de fosfaatconcentratie. Het inlaatwater, afkomstig uit het Wantij, is wat betreft de kwaliteit te vergelijken met dat van de rivier de Rijn. In het spaarbekken zijn drie butylrubberreservoirs ('Ringen') ge'installeerd. De keuze was gevallen op dit type modelreservoirs omdat door Lund [8] is aangetoond dat deze qua afmetingen en vormgeving geschikt zijn om de in ondiepe meren optredende biologische processen te bestuderen. De 'Ringen' zijn evenals het spaarbekken 5.5 m diep en hebben een diameter van 46 m en een volume van ca. 9000 m3. De open onderzijde van deze cylindemorrnige resemoirs is afdichtend aangesloten op de bodem van het spaarbekken. Het hydrologisch regime van de 'Ringen' is proportioneel aan dat van de 'Grote Rug'. Ring 1 kreeg dezelfde proportionele toevoeging van 10 mg Few/l als de 'Grote Rug' en diende als controle op de hydrobiologische representativiteit van de processen in de modelresemoirs. Ring 2 werd behandeld met AVR en Ring 3 kreeg onbehandeld water toegevoegd en diende als blanco (zie tabel I). TABEL I
Op grond van de studies, die de basis vormden van het in 1971 verschenen Afb. 1 - Spaarbekken 'Grote Rug' nzet drie modelreservoirs. rapport van de Commissie Limnologie van *:
*..--
- Toevoeging
van vloknliddele~~.
Grote Rug: 10 mg Few11 Ring 1 : idem Ring 2 : 30 mg AVR/1('75 en '76); 60 mg AVRIl('77 en '78) Ring 3 : geen dosering
FOSFAAT
Afb. 2 - De jaargerniddelde ortho- en totaalfosfaatconcentratie (P) in het Wantij en de vier reservoirs in de jaren 1975 - 1978.
(pg/~)
TOTAAL FOSFAAT(P)
ORTHO FOSFAAT (PI
R = WANTY RUG" (~e2') GR 1 = BUTYLRUBBERRESERVOlR lIFe2') .s 2(AVR) 2 = 3 = 310NBEHANDELD)
- -
AVR is een handelsprodukt van Boliden (Zweden) en bestaat uit: A12 (so& .16H20 Fez (SO& .9Hz0
1
] ( 7 % A1
behandelde reservoirs met het onbehandelde reservoir geeft over de fosfaatverlaging adequate informatie. De concentratie in de winter is hiervoor het meest geschikt, omdat de invloed van de biologische processen dan het geringst is. E6n en ander is ook te zien aan de jaargemiddelden. In af b. 2 is per jaar voor het Wantij en de vier reservoirs uitgezet de jaargemiddelde concentratie van het ortho- en het totaalfosfaat. Zoals afb. 2 laat zien, vond in het spaarbekken 'Grote Rug' en Ring 1, beide met
-.
-
-
Afb. 3 Ortltofosfaatconcentraties( P ) en chlorofylgehalte in 'GrofeRug' en de modelreservoirs in 1975 - 1978.
EROTE RUE
+ 3 % Fe)
Op molaire basis werd in '77 en '78 dezelfde hoeveelheid vlokmiddel toegevoegd aan Ring 2 als aan Ring 1. In de beide voorgaande jaren ongeveer de helft.
RlNE I Resultaten van het ondenoek Naast een reeks van voor de algengroei onmisbare voedingsstoffen, waaronder diverse spoorelementenspelen vooral fosfor, stikstof en silicium een belangrijke rol. Alhoewel het onderzoek gericht was op het verlagen van het fosfaatgehalte in de waterfase is het voor een goed begrip van de processen noodzakelijk ook de concentraties van stikstof en silicium te kennen. Achtereenvolgens zullen de nutrienten fosfor, stikstof en silicium besproken worden. Fosfaat Om inzicht te krijgen in de effectiviteit van de toegevoegde flocculatierniddelen is het zaak de in de reservoirs waargenomen fosfaatconcentraties te relateren aan die in de rivier vanwaar het water wordt ingelaten. Hierbij moet rekening gehouden worden met de afvlakkende werking die de vrij lange waterverblijftijd van 150 dagen heeft op de concentratievariaties van de opgeloste stoffen. Vooral de onderlinge vergelijking van de fosfaatconcentratie in de met vlokmiddelen
R l N E !i
RING 3
A
I
Afb. 4 - De jaargeiniddelde concentratie van opgelost en totad stikstof (N) in het Wantij en de vier reservoirs in de jaren 1975-1978.
---
-1
STIKSTOF (mgll) 10
1975
1976
1977
1978
I
zomer een snelle stijging op van vrijwel 0 mg/l tot 0,25 mg/l orthofosfaat.
8
I
~
Stikstof In afb. 4 staan op analoge wijze als voor het fosfaat de jaargemiddelde concentraties van het opgeloste en het totaal stikstof weergegeven. In het Wantij varieerde het totaal stikstofgehalte gemiddeld tussen 5 en 6 mg N per liter waarvan 4 B 5 mg N als opgelost anorganisch stikstof. In de reservoirs waren deze concentraties 2 ti 3 mg lager.
2
o JAARGEMIDDELDE CONCENTRATIE TOTAAL STIKSTOF(NI JAARGEMIDDELDE CONCENTRATIE OPGELOST STIKSTOFINI
R = WANTY GRE "GROTE RUG(Fez+) 1 = BUTYLRUBBERRESERVOIR I(Fe2.l ZfAVRI 2 1 . m 3IONBEHANDEl.O) 3 = .
.
een dosering van ferrosulfaat een drastische verlaging plaats van het direct voor algengroei beschikbare, opgeloste orthofosfaat. In het toegevoegde rivierwater schommelde de gemiddelde orthofosfaatconcentratie rond 0,3 mg/l. In de 'Grote Rug' en Ring 1 werd dit gehalte teruggebracht tot een gemiddelde van 0,01 i 0,02 mg/l, met zoals in afb. 3 is te zien in de winter aanzienlijk hogere waarden dan in de zomer. Vooral in de winter '75-'76 was dit het geval. In de wintermaanden is over het algemeen de invoerconcentratie eveneens hoger dan in de zomermaanden, terwijl de vlokvorming, door een vertraagd verlopen van de oxidatie van ferrosulfaat, onder een temperatuur van 6 O C minder goed verloopt dan bij hogere temperaturen [9]. Bezien over de gehele onderzoeksperiode is er ten opzichte van het fosfaatgehalte in de rivier in beide reservoirs meer dan 90 % verdwenen uit de waterfase. Dit geldt zowel voor het ortho- als voor het totaalfosfaat. In het met AVR behandelde water van Ring 2 werden over het algemeen nog lagere orthofosfaatconcentraties gemeten dan in de met ferrosulfaat gedoseerde reservoirs, met in de winter ook hier aanzienlijk hogere concentraties dan in de zomer. Het gemiddelde totaalfosfaat bedroeg ongeveer 10 % van dat in het ingevoerde water. In het onbehandelde water van Ring 3 werden echter ook veel lagere fosfaatconcentraties gevonden dan in het rivierwater. Gemiddeld was dit ongeveer 30 % van de waarden in het Wantij. Ten opzichte van de behandelde reservoirs lag het totaalfosfaat een factor 2 hoger. Het orthofosfaat zelfs een factor 7. Zoals in afb. 3 te zien is fluctueerde het orthofosfaat in het onbehandelde water zeer sterk. Vooral in 1976 trad in de
+
Afb. 5 - Nihietnitraatconcentratie (N) en chlorofylgehalte in 'Grote Rug' en de modelreservoirs in 1975 - 1978.
E R O T E RUE
-I
- s \
8
P
-- '-I Z e..r"-.. -- .3%N a ........ .. , . t xi- r z \ m
A-P I
I
I
1
197s
A \
2sm s
5
a0m
z
1
1
I
1976
I
I
I
1977
l
l
-
'
1978
RING I
-1
5-s\
--
........... .*--5
.\....a
....:-?...
..@'-* -...."/
a x z -
x.".
,.'
-. '-I -- 3 N -- 2 az \
........"A
--
I
I
I
1975
I
I
l
1976
l
-
I
A
I
1777
I
1978
m
P
-I \
a
3
-
z A
250-
ER[7TE R U E
--
-1 SO --
200
>
q
siliciumgehalte in de vier reservoirs onafhankelijk van de aanvangsconcentratie tot minder dan 0,01 mg/l. De snelheid waarmee dit gebeurt, blijkt per jaar en per reservoir verschillend. In het najaar neemt over het algemeen de concentratie weer toe tot een wintermaximum van ongeveer 2.5 mg/l. In 1976 steeg in de drie butylrubberreservoirs het gehalte a1 vroeg in de zomer. Vooral in Ring 3 werden toen reeds vroeg in het jaar hoge waarden bereikt. Het maximum lag aan het eind van het jaar op ruim 3.5 mg/l.
I
I
J \
a
.
RING
A f b . 6 - Si/iciur?tconcentrafie(Si) en chlorojylgehalte in 'Grote Rug' en de nod el reservoirs in 1975 - 1978.
s
"
s
3
I:
z 2
I
-
Biomassavariabelen Om vast te stellen welke biologische waterkwaliteit het gevolg was van de ingreep in de fosfaathuishouding werd 0.a. het chlorofylgehalte gemeten. Gekozen werd voor het chlorofylgehalte als maat voor de biomassa van het fytoplankton omdat het eenvoudig en snel is te bepalen en omdat het een redelijk goed beeld geeft van de hoeveelheid algen. Een nadeel is dat het chlorofylgehalte geen informatie geeft over de soortensamenstelling van de fytoplanktonbiomassa. Daarom werd daarnaast op uitgebreide wijze aandacht besteed aan de kwantificering van het plankton door microscopische analyse, waarbij de aantallen en volumina per soort van het fyto- en zooplankton werden bepaald.
';
RING Z
s A 3
I: Z
2
I
m
; :
-I \ 2SB
a
1
z
J
RING 3
-
7
200
--
I SO
--
...
-
.......-. .-_.
:
.!
-I a \
-
>
--
I
I
I
1
1 3 7 7
Per reservoir en per jaar traden vooral in het opgeloste stikstof vrij grote verschillen op. In afb. 5 is in de volledige tijdreeksen te zien dat het verloop van de nitrietnitraatconcentratie in de 'Grote Rug' en Ring 1 een goed vergelijkbaar patroon vertoonde. De laagste waarden lagen bij ruirn 1 mg/l. In Ring 2 en 3 was het verloop onderling en met dat in de 'Grote Rug' en Ring 1 soms goed vergelijkbaar. Enige malen traden ook zeer grote verschillen op zoals in Ring 2 in 1977 en in Ring 3 in 1976; de nitraatconcentratie nam op die momenten af tot zeer lage waarden.
6
1
1
2
Chlorofyl Vergelijking van de chlorofylgehaltes (afb. 7) laat zien dat de gemiddelde concentraties in Ring 1 lager waren dan in de 'Grote Rug'. De vraag welke concentraties
-
A f b . 7 - Het volgerw de forrnule van Volleniveider voorspelde en de zorr~er-en jaargerniddelden van het genteten cl~lorofylgehalfe in 'Grote Rug' en de r~todelreservoirsin 1975 - 1978.
-
1 9 7 8
CHLOROFYL
(
~ g / l )
100
80
60
40
20
0
Siliciu~n Zoals in afb. 6 (silicium- en chlorofyltijdreeksen) is te zien daalt ieder voorjaar het
JAARGEMIODELDE CONCENTRATIE
PR 1
ZOMEROEMIODELDE CONCENTRATIE
= VERWACHTlVOLLENWElDER)
GR ="GROTE RUG"
= BUTYLRUBBERRESERVOIR
2 = 3 n
- . "
I
.
lFe2+1 ll~e~'1
~IAVRI
JIONBEHANOELD~
te verwachten waren in de vier reservoirs is niet eenvoudig te beantwoorden. Een in OECD-verband gebruikelijke prognosetechniek is een door Vollenweider [lo] ontwikkelde formule waarin opgenomen zijn de waterverblijftijd, de diepte van het reservoir en de fosfaatbelasting. Bij de voor deze reservoirs geldende fosfaatbelasting van 7 g P/mz/jaar zou op grond van deze formule een gemiddeld chlorofylgehalte van 70 B 80 pg/l zeker verwacht mogen worden. In afb. 7 zijn naast de voorspelde concentratie de zomer- en jaargemiddelde concentratie uitgezet. De in 'Grote Rug' en Ring 1 gemeten waarden waren veel lager dan de voorspelde. Als gemiddelde jaarconcentratie werd 10 B 20 pg/l gevonden. In het met AVR behandelde reservoir Ring 2 liggen zowel het jaargemiddelde als het maximum veel hoger dan in de met ijzersulfaat behandelde Ring 1; zo hoog dat de volgens de formule van Vollenweider voorspelde waarde benaderd werd. Vooral in 1977 werden zeer hoge chlorofylconcentraties -tot 350 pgll - gemeten (afb. 6). In het onbehandelde water van Ring 3 werd alleen in 1976 de verwachte gemiddelde chlorofylconcentratie waargenomen. De maxima lagen in dat jaar bij ongeveer 250 pg/l. In de andere 3 jaren benaderden zowel de jaargemiddelden als de maxima die van de met ijzersulfaat behandelde reservoirs. Fytoplankton Voor de beoordeling van de biologische waterkwaliteit is niet alleen de hoogte van het chlorofylgehalte bepalend maar ook de algensoorten die hieraan hebben bijgedragen. Om hierin globaal een inzicht te TABEL I1 - De sarrzenstelling van het fytoplanktoil in % van de biomassa. 1975
Blauwalgen Diatomeen Groenalgen+ Flagellaten 1976 Blauwalgen Diatomen Groena1gen-IFlagellaten 1977 Blauwalgen Diatomeeen Groenalgen-k Flagellaten 1978 Blauwalgen Diatomdn Groenalgen-k Flagellaten
Grote Rug 'Ring 1 9 52 39
41 29 30
Ring 2
Ring 3
19 16 65
19 37 44
7 40 53
4 53 43
42 49
79 7 14
13 40 47
1 17 82
91 3 6
81 7 12
51 24 25
20 28 52
55 7 38
14 34 52
9
TABEL I11
- Kenrilerkende
algensoorten in Ring 2.
+ +
Microcystis aeruginosa 1975 Ceratiurrl hirundinella 1976 idem idem 1977 Apl~anizomenonflos-aquae 1978 Aphanizoazenon flos-aquae Ceratiunt hirundinella -k Oscillatoria rubescerls
+
geven wordt in tabel I1 de relatieve verdeling van de algen-biomassa over drie hoofdgroepen gegeven als percentage van de gemiddelde totale fytoplanktonbiomassa per jaar. In de beide met iizersulfaat behandelde reservoirs 'Grote Rug' en Ring 1 werden van moment tot moment vrij grote verschillen in de hoeveelheid en samenstelling van het fytoplankton waargenomen. Op gemiddelde basis over de 4 jaar namen de blauwalgen 'slechts' ongeveer 20 % van de biomassa voor hun rekening, terwijl de rest uit groenalgen, flagellaten en diatomeeen bestond. In Ring 2 bestond de biomassa echter voor ongeveer 50 % uit blauwalgen. Naast diverse soorten algen in verschillende samenstelling kwamen enige kenmerkende algensoorten in groten getale voor. In tabel I11 zijn deze per jaar vermeld: Ceratiunz hirundinella is een grote pantserflagellaat, de andere zijn blauwalgen, waarbij in deze vier jaar een duidelijke opeenvolging van soorten wordt geconstateerd. Vooral de bloei van Aphanizornenon flosaquae in 1977 was zeer omvangrijk. De bloei van Oscillatoria rubescens in het najaar van 1978 was van een zodanige omvang dat het water van Ring 2 enige maanden donker violet gekleurd was. In het onbehandelde water van Ring 3 kwamen gemiddeld eveneens 50 % blauwalgen voor. AUeen in 1976 werd een massale bloei van de blauwalg Microcystis aeruginosa waargenomen, die vrijwel het gehele tweede halfjaar duurde. In 1977 werd in dezelfde periode weer Microcystis waargenomen, maar in veel kleinere hoeveelheden. De totale fytoplanktonbiomassa was uitgezonderd in 1976 van een bescheiden omvang. Zo6plankton Veel aandacht werd in dit eutrofieringsonderzoek besteed aan de kwantificering van de verschillende soorten van het zooplankton. Evenals bij het fytoplankton werden ook van het zooplankton aantallen en volume per soort bepaald. Op basis van deze volumebepaling kan gesteld worden dat de grootste bijdrage hieraan geleverd werd door allerlei soorten micro-Crustacea, met als belangrijkste Daphnia en Cyclops. Enige malen werden grote concentraties van enige Rotiferasoorten aangetroffen, zoals Synchaeta en
Asplanchna. Bespreking van de variaties, gerniddelden en soorten-successieblijft hier achterwege. De totale biomassa van het zooplankton is uitgezet in afb. 8.
Discussie van de resultaten Het ligt voor de hand te veronderstellen dat de relatief geringe fytoplanktonhoeveelheden in de 'Grote Rug' en Ring 1 een direct gevolg zijn van de sterk verlaagde (ortho)fosfaatconcentratie door de toevoeging van ijzersulfaat. Het steeds optreden van de hoogste chlorofylconcentraties in het vroege voorjaar zou daar ook op kunnen wijzen, omdat voorafgaand aan deze voorjaarsbloei in de wintermaanden hogere orthofosfaatconcentraties gemeten werden dan tijdens en na de voorjaarsbloei. Zoals bekend is niet alleen de beschikbaarheid van het fosfaat bepalend voor de algengroei maar ook het opgeloste stikstof. In afb. 5 is duidelijk te zien dat het nitraatgehalte in de loop van de zomer vrij sterk afnam, maar dat steeds ruim 1 mg/l overbleef. Gezien de overmaat aan stikstof t.0.v. fosfaat zal van een stikstofbeperking hier dan ook geen sprake zijn. Voor de voorjaarsbloei van meer betekenis is het siliciumgehalte (afb. 6) dat in de loop van het voorjaar in beide reservoirs tot zeer lage waarden daalt. Door Lund [I 11 is een kwantitatief verband tussen het siliciumgehalte in het water en de hoogte van de voorjaarspiek diverse malen aangetoond. Een siliciumbeperking van de voorjaarsbloei is gezien de vaak lage waarden niet onwaarschijnlijk. Naast de beperking van de groei door de beschikbaarheid van fosfaat en silicium na de voorjaarsbloei treedt ook een ander proces in werking. Voor en tijdens de voorjaarsbloei is, zoals in afb. 8 is te zien, over het algemeen de hoeveelheid zooplankton beperkt, daarna vindt een grote toename plaats. Van het zooplankton is bekend dat het allerlei soorten dood en levend fytoplankton als voedsel gebruikt [12], alleen de mate waarin deze 'graas' de biomassa van het fytoplankton beinvloedt, staat nog steeds ter discussie [13]. De massa van het zooplankton wordt op haar beurt niet alleen bepaald door het beschikbare voedsel maar dient zelf - en dan vooral de grote exemplaren - weer als voedsel voor de jonge zooplanktonetende vis. Het zoo- en fytoplankton zijn
EROTE
A \ 2LB I
RUG
RING 3
2s J \
I 28 X
3
Z
20. l SB
IS
C 0
lam
IE
0
so
J
> K
J
z
4
L 0
::
I V
I Afb.8 - Het chlorojylgehalte en de zooplanktonbiomassa in 'Grote Rug' en de modelreservoirs in 1975 - 1978.
een onderdeel van een ingewikkeld aquatisch oecosysteem, waarin kleine verschuivingen grote gevolgen kunnen hebben voor de uiteindelijke waterkwaliteit. Uit experimenteel onderzoek van Van der Vlugt [14] in vier stalen proefreservoirs met en zonder jonge witvis zijn reeds eerder aanwijzingen verkregen dat de grootte van de witvispopulatie bepalend was voor de hoeveelheid en samenstelling van de planktonpopulatie. Direct na het uitzetten van de vis bleek de algenbiomassa zeer sterk toe te nemen in verhouding tot het water waarin geen vis aanwezig was. Het verschil in chlorofylgehalte tussen een reservoir met en zonder algenetend zooplankton bedroeg een factor
10. Eenzelfde verschijnsel werd waargenomen door Andersson et a1 [15] in proefreservoirs in twee eutrofe Zweedse meren. Afwisselend werd daarin witvis uitgezet en weggevangen. De hoeveelheid algen in de proefreservoirs met vis nam daar eveneens toe met een factor 10. Afhankelijk van de soorten van het fytoen zooplankton worden in de literatuur waarden voor deze 'graas' gevonden, die TABEL IV
- Primaire produktie
Gemiddelde primaire produktie in mg C/mz/dag 1 x biomassa zo6plankton in C idem
variken van 1 B 2 keer het eigen gewicht van het zooplankton in koolstof 1161. Om te zien of de resultaten van het onderzoek door de graasinvloed kwantitatief verklaard kunnen worden is 1 en 2 keer de biomassa van het zooplankton in koolstof vergeleken met de hoeveelheid koolstof die via de gemeten primaire produktie ter beschikking stond. In tabel IV zijn deze gemiddelden bijeengezet. De zo gevonden waarden liggen per reservoir redelijk dicht bij elkaar. In Ring 1 echter veel beter dan in de 'Grote Rug' wat overeenkomt met het feit dat de fytoplanktonbiomassa in de 'Grote Rug' groter was dan in Ring 1. Ook in Ring 2, waar de primaire produktie beduidend hoger ligt dan in Ring 1, is sprake van een zekere overeenkomst tussen de hoogte van de prirnaire produktie en 2 keer het zooplanktongewicht.Gezien de doelstelling waren de resultaten bij de toevoeging van AVR zeer teleurstellend. Weliswaar was de verlaging van het fosfaatgehalte in dit reservoir zichtbaar beter dan in de met ijzersulfaat behandelde reservoirs, maar kennelijk bleef het fosfaat in de (gesedimenteerde) aluminiurnvlok volledig beschikbaar voor de ontwikkeling van algen [17]. Zoals boven vermeld leidde dit tot een massale bloei van diverse soorten blauwalgen. Een mogelijke verklaring kan zeer we1 gelegen zijn in de competitie tussen blauwalgen en nietblauwalgen ta.v. de zeer lage fosfaatconcentratie. Een verklaring voor het feit dat echter zo hoge fytoplanktonbiomassa's bereikt konden worden, kan dan gezocht worden in het falen van de regulering door het zooplankton. Kennelijk is het zooplankton niet in staat zich in geval van blauwalgengroei voldoende te handhaven. De toxiciteit van de algen kan ook hierbij een aanvaardbare verklaring zijn [I 83. In 1975,1977 en 1978 werden in Ring 3 zonder kunstmatige fosfaatverlaging toch relatief geringe fytoplanktonhoeveelheden waargenomen. De verwachting zou, gezien de algenbloei in het IJsselmeer en de Veluwerandmeren, gerechtvaardigd zijn dat de algengroei hier veel heviger zou zijn. Dit geldt eveneens ten opzichte van de op basis van de formule van Vollenweider voorspelde chlorofylconcentratie. In deze drie jaar is de gemeten waarde ongeveer een factor 6 lager dan de voorspelde waarde. Zeer waarschijnlijk kan de graas van het zooplankton hiervoor verant-
en 'grm' in 1978.
Grote Rug
Ring 1
Ring 2
Ring 3
455 250
340 300
1098 500
MO 650
500
600
1000
1300
woordelijk gesteld worden (zie tabel IV en afb. 8). Een gedetailleerde uitwerking van de kwantitatieve aspecten hiervan zal in ander verband plaatsvinden. Alleen in 1976 werd de verwachting bewaarheid doordat zich langdurig een bloei van Microcystis aeruginosa manifesteerde. Dit gebeurde tijdens een periode van windstil warm weer met temperatuur- en zuurstofstratificatie. Een kortdurend fosfaatgebrek aan het begin van deze bloei zou ook hier kunnen pleiten voor het bij Ring 2 reeds genoemde competitie-effect. Tegelijkertijd met deze bloei werd een aanzienlijke mobilisatie van fosfaat waargenomen. Samenvatting en conclusies - De basis voor de bruikbaarheid van de
resultaten uit dit eutrofieringsonderzoek in modelreservoirs werd gevormd door de vergelijkbaarheid van het biologisch gebeuren in de 'Grote Rug' en het met ijzersulfaat behandelde butylreservoir. Ondanks dat tijdelijk in de hoeveelheden plankton soms vrij grote verschillen optraden was er een duidelijke parallel in de ontwikkeling en samenstelling van de fytoen zooplanktonpopulaties in beide reservoirs. - Voor het verlagen van de fosfaatcon-
centratie in een bekken en het op deze wijze terugdringen van de eutrofieringsverschijnselen is het proportioneel toevoegen van ijzersulfaat, naar het zich laat aanzien, een geschikte methode. - Het proportioneel toevoegen van AVR aan het inlaatwater moet op grond van de verkregen resultaten worden afgeraden. Het bleek een goed flocculatiemiddel waarmede het fosfaatgehalte drastisch werd verlaagd. De algengroei werd er nauwelijks door geremd, omdat het fosfaat kennelijk voor de algengroei beschikbaar bleef. - Het inlaten van onbehandeld rivierwater in een ondiep bekken moet eveneens worden afgeraden. Weliswaar is aangetoond dat onder bepaalde omstandigheden de algenbiomassa beperkt blijft, maar de kans dat daarin plotseling verandering komt is groot. Vooral de bloei van Microcystis in 1976 in het onbehandelde water en de toen gesignaleerde mobilisatie van fosfaat uit het bodemsediment wijst hierop. - Zonder dat alle processen begrepen zijn is onomstotelijk aangetoond dat grote voorzichtigheid moet worden betracht met de stelling dat de actuele fosfaatconcentratie een juiste maat is voor de te verwachten algengroei. - Naast het terugdringen van de externe
belasting zullen ook aanvullende maat-
regelen genomen moeten worden om de interne belasting via de mobilisatie sterk te verrninderen. Verwijderen van de bodemsedimenten, waarin de voorgeschiedenis van het desbetreffende aquatische oecosysteem is vastgelegd, is hiertoe vereist. - Uit het onderzoek zijn sterke aanwijzingen verkregen dat graas van zooplankton een belangrijke factor is bij de totstandkoming van de uiteindelijke biomassa van het fytoplankton. Daarom is niet slechts het chlorofylgehalte maatgevend voor de biologische waterkwaliteit, maar dienen evenzeer de primaire en secundaire produktie en de processen in relatie tot de hogere trofische niveaus hierbij betrokken te worden. - Met het oog op de graas van het zooplankton is een goed beheer van de visstand noodzakelijk omdat bij een te hoge witvispopulatie de graasdruk sterk afneemt. - Voor een beter begrip van het complex van biotische en abiotische factoren dat een rol speelt bij de be'invloeding van de waterkwaliteit is de ontwikkeling van modellen op dit gebied een dringende noodzaak. Steeds is er sprake van een ingewikkeld stelsel van met elkaar verweven biologische processen met een sterk dynamisch karakter. Daarom zal de aandacht, meer dan nu het geval is, moeten worden gericht op de totstandkoming van dynamische modellen als hulpmiddel bij het kwaliteitsbeheer. Literatuur 1 . Rapport Contmissie Lii~tnologievan Spaarbekkens. KIWAJRID rapport 1971. 2. Oskam, G. (1980). Berging van oppervlakfelvater in open bekkens. H 2 0 (13) 1980, 189. 3. Vlugt, J. C. van der e.a. (1973). Plankton en Reulcstoffe~lin her spaarbekken 'De Grote Rug' in 1971. H 2 0 (6) 1973, 439. 4. Kappers, F. I. (1973). Giftige blauimvieren en HzO (6) 1973, 369. de drii~lcn~atervooru'ening. 5a. Kappers, F. I. e.a. (1981). Investigation of the presence of toxins produced by cyar~obacteria (blue-green algae) in the Netherla~lds.The Science of the Total Environment, 18, 359. 5b. Kappers, F. I. (1981). Toxiciteit van blau~v~tderenin recreatie~vateren.Ned. T . Geneeskunde, 123, 25. 6. Koov. - . D . van der (1982). . , Klvaliteitsversleclttering bij distributie en in binnei~i~~stallaties. H20 (34ste vakantiecursus drinkwatervoorz.). 1n voorbereiding. 7. Zwaagstra, J. (1982). Voorko~~ten en betekenis van hogere organisr~ien.HzO (34ste vakantie cursus drinkwatervoorz.). In voorbereiding. 8. Lund, J. W. G. (1975). The zises o f large experinte~ltaltubes in lakes. Proc. of a symposium on effects of storage on waterquality. (Reading Univ.) p. 291-311 and p. 362-363. 9. Schippers, J. C. (1971). De toepassing van ferrosulfaat als coagulatienliddel zonder oxydatie ntet chloor. H 2 0 (4) 1971.
10. Vollenweider, R. A . (1976). Advances in defining critical loading levels for phospltorus in lake euhophication. Mem. Inst. Idrobiol. 33, 53. 11. Lund, J. W. G. (1965). The ecology of freshivufer phytoplar~kton.%ol Revs. 40, 231. 12. Vijverberg, J. (1981). Popzilatiedyna~ikaen produktie van zooplankton in het Tjeuke~iteer. Dissertatie RU Leiden. 13. Porter, K. G. (1977). The plant-uni~~tal interface in fresh~vaterEcosystents. American Scientist, 65, 159. 14. Vlugt, J. C. van der (1976). Con~parative lintnological research in the 'Grote Rug' and ~itodelreservoirs.Hydrobiol. Bul. 10, 136. 15. Andersson, G. c.s. (1978). Effects of planktivororis and benthivoroiis fish on orga~zisr~zs and ~vaterche~~tishy in ezitropltic lakes. Hydrobiologica 59, 1, 9. 16. Postema, G. en Siewertsen, K. (1981). De consur~tptieen assi~rtilafies~lelhedeit van het Rerbivore zooplankton in het plasje 'Vechten'. Intern verslag van het 'Linologisch Instithut' te Nieuwersluis. 17. Diest, Ph. van (1979). Zloevend nzatenaal in fivee Ringen van de 'Grote Rug'. Intern rapport RWS. Deltadienst. 18. Lampert, W. (1982). Toxicity o f the bluegreen Microcystis aerziginosa: Effective clefeilce ~ i t e c l ~ a ~ ~against i s r ~ t grazirlg pressure by Daphnia. Verhandlungen Internat. Verein. L i o l . 21, , (in voorbereidig).
Water en ziekte
De rol van water bij de transmissie van ziektekiemen of van andere ziekmakende factoren staat nog steeds in het middelpunt der belangstelling. Dat deze voor infectieziekten, met name in ontwikkelingslanden, nog steeds van kardinaal belang is, leren ons de onthutsende schattingen over ziekte en dood in die landen veroorzaakt door onbetrouwbaar drinkwater: 60 - 80 % van de infectieziekten aldaar staat met drinkwater in verband en het aantal sterfgevallen daardoor -voornamelijk onder kinderen - wordt op 50.000 per dug geschat. Het
PROF. DR. J. HUISMAN Hoofd Afdeling Infectieziekten en Hygiiine, GG en GD van Rotterdam *
TABEL I - Oorzaken van dijnkwaterepidemieen in de USA (1977). Aantal epidemien
Oorzaak Drinken van ongezuiverd oppervlaktewater Drinken van ongezuiverd grondwater Fouten in het zuiveringsprows Fouten in bet distributienet Overige oorzaken TOTAAL
Aantal patienten
3
267
11
569
12
2253
7 1
765 1
34
3860
dergelijke voorvallen gemeld waarbij in de laatste jaren zelfs een stijgende tendens valt waar te nemen; zie tabel I1 [4].
Uit de in tabel I1 genoemde vormen van drinkwatervoorziening-welke in de 'Safe Drinkingwater Act (1974)' zo worden gedefinieerd -blijkt a1 het grote verschil met Nederland. Immers in ons land is 99 % is dan ook zonder twijfel dat de 'Intervan de huizen aangesloten op een openbare national Drinkingwater Supply and Sanidrinkwatervoorziening. In de USA wordt tation Decade' -begonnen in 1980 ruim 50 % van de drinkwaterepidemieen waarbij men zich ten doe1 stelt dat iedere veroorzaakt door fouten in semi-openbare wereldburger in 1990 kan beschikken over voldoende drinkwater van een aanvaardbare voorzieningen ten behoeve van kampen, micro-biologische kwaliteit dat liefst dichtbij industriecomplexen, natuurparken en derof in de woning wordt verkregen, meer dan gelijke en 34 % door fouten in 'community' systemen; hieronder zijn echter een groot enige andere activiteit van de Verenigde aantal min of meer primitieve voorzieningen Naties tot verbetering van de gezondheid van beperkte omvang voor slechts een 6.n de kwaliteit van het leven van grote delen van de wereldbevolking kan bijdragen. gering aantal personen. Neemt men kennis van de drinkwaterepidemieen in Europa Maar ook in de ge'industrialiseerdewereld zoals die de laatste jaren beschreven zijn worden nog talrijke infectieziekten door [zie 0.m. I] dan blijkt dat ook in ons micro-biologisch verontreinigd drinkwater werelddeel dergelijke incidenten zich herveroorzaakt, juist in een tijd dat in die haaldelijk voordoen. landen de gevolgen van de chemische en Een paar voorbeelden mogen dit verduidefysische verontreinigingen van drinkwater voor de gezondheid grote aandacht trekken. lijken (tabel 111). In het navolgende zullen enkele belangrijke Hoe is nu de situatie in Nederland? Zonder meer kan worden vastgesteld dat microbiele ziekteverwekkers die bij drinkwaterexplosies in Nederland een rol kunnen 'officieel' vastgestelde drinkwaterepidernieen tot de grote uitzonderingen behoren. spelen worden besproken aan de hand van Bekend zijn de gevolgen van een faecale de bevindingen bij een recente drinkwaterdrinkwaterverontreiniging in 1962 te Amepidemie zoals die zich in Rotterdam in sterdam waarbij een beperkte hoeveelheid 1981 voordeed [7]. Wie kennisneemt van de verslagen van de 'Centers for Disease Control' van de Amerikaanse openbare gezondheidsdienst wordt jaarlijks weer verrast door het grote aantal ziektegevallen dat daar door drinkwaterverontreinigingen wordt veroorzaakt. Een voorbeeld biedt het jaar 1977 (tabel I): in totaal werden 3860 ziektegevallen veroorzaakt omdat er 34 maal iets Yout' ging 131. Dit voorbeeld is niet exceptioneel; praktisch ieder jaar worden in de Verenigde Staten
Aantal ziekte gevallen
Jaar Land 1963 Zwitserland 1974 Duitse Bondsrepubliek 1977 Zweden 1978 Duitse Bondsrepubliek 1979 Finland
350
Verwekker S. typhi
380 2.000-3.000
S.panama diversen
2.450 3.000
Sh sonnei E. coli(?)
rioolwater (* 2 m3) in het distributienet terechtkwam; er ontstonden zes gevallen van buiktyfus. AUe zes patienten genazen. In maart 1981 ontstond in Rotterdam een belangrijke ziekte-explosie onder de bewoners van het 'Scheepvaartkwartier' ten gevolge van het feit dat een aanzienlijke hoeveelheid faecaal verontreinigd afvalwater en waarschijnlijk ook rivierwater in het leidingnet werd geperst. Uit een schriftelijke enquGte onder de bewoners bleek dat 609 personen ziekteverschijnselen ondervonden. Wat verstaan wij eigenlijk onder een drinkwater-'epidemic' of drinkwater-'explosie' ? Hieronder wordt verstaan een voorval waarbij tenrninste 2 personen (praktisch) identieke verschijnselen tonen nB de consumptie van drinkwater en waarbij het epidemiologisch onderzoek dit drinkwater als bron van de waargenomen ziekteverschijnselen waarschijnlijlc maakt. Deze omschrijving is ook van toepassing op acuut optredende, niet-microbieel veroorzaakte, ziektebeelden (zoal een acute verontreiniging van drinkwater met m a r e metalen als koper, tin of zhk) met een korte 'incubatietijd'. Subchronische,nietmicrobieel veroorzaakte ziektebeelden zoals intoxicatie met fluoride of lood kunnen vaak a1 moeilijker onder de definitie worden gebracht; nog sterker geldt dit voor niet-microbieel veroorzaakte chronische ziektebeelden, zoals tumoren, welke immers veelal door een zeer lange latente tijd van vele jaren zijn gekenrnerkt. Over het algemeen zijn drinkwaterepidemieen gekenmerkt
TABEL I1 - Epidemie2n van infectieziekten, veroorzaakt door drink~vafer,per jaar per voorzieningsvornz, USA, (1971 t l m 1979). Jaar 1971 Openbaar 1) 5 Semi-openbaarz) 10 Privg 4
72 10 18 2
73 5 16 3
74 11 10 5
75 6 16 2
76 9 23 3
77 12 19 3
78 10 18 4
79 23 14 4
TotaalG 91 (34) 144(54) 30(12)
19
30
24
26
24
35
34
32
41
265
5.182
1.650
1.784
8.363
0.879
5.068
3.860
11.435
972
Totaal Totaal aantal ziektegevallen 1) 2)
*
buitengewoon hoogleraar in de algemene hygiiinne en epidemiologic aan de Technische Hogeschool, Delft.
TABEL 111 - Enkele drinkwaterepidemie2n in Europa (I963 - 1979).
3)
57.699
Openbare voorzieningen worden door de plaatselijke overheid of door ondememingen beheerd en verzorgen grotere of kleine gemeenscheppen (steden, dorpen); Semi-openbare voorzieningen verzorgen bijvoorbeeld industriecomplexen, kampen, hotels, natuurparken e.d.; Privk-voorzieningen zijn meestal waterbronnen of wellen voor privbgebmik; deze zijn vela1 buiten de grotere bevolkingscentra gelegen.
door het acuut optreden van ziektegevallen in het verzorgingsgebied van het leidingnet waarin de verontreiniging plaatsvond. Dergelijke gevallen zijn gelijkelijk verdeeld over beide geslachten en meestal ook over de in het gebied woonachtige leeftijdsgroepen. Na een korte incubatietijd van 72-96 uur ontstaat meestal een niet-specifieke, acute maagdarmstoornis ('gastro-enteritis') welke in de literatuur onder verschillende namen bekendstaat zoals 'Wasserkrankheit' of 'sewage poisoning'. Een goede Nederlandse naam lijkt 'acute waterziekte'. De oorzaak van dit ziektebeeld moet waarschijnlijk worden gezocht in blootstelling van de getroffenen aan 'ongewone' E. coli's en aan bepaalde, waarschijnlijk nog in belangrijke mate onbekende, virale verwekkers (zoals wellicht het astrovirus, calicivirus en coronavirus). Na deze a-specifieke acute waterziekte kunnen specifieke ziektebeelden volgen. De volgorde van optreden wordt bepaald door de incubatietijd van de desbetreffende ziekteverwekkers. Vrijwel alle ziektegevallen zijn terug te voeren op ziekteverwekkers welke aanwezig zijn in de faeces (en eventueel urine) van de mens en warmbloedige dieren. De ziektebeelden zijn variabel maar betreffen in een belangrijk deel der gevallen een aantasting van het maagdarmslijmvlies ('gastro-enteritis'). Soms treden andere ziekteverschijnselen op zoals geelzucht (t.g.v. hepatitis A), 'zomergriep' met eventueel prildcelingsverschijnselen van het zenuwstelsel (na enterovirusinfecties) en in exceptionele gevallen - overgevoeligheidsreacties van het centrale zenuwstelsel [lo]. Bij een bepaalde drinkwaterverontreiniging zal het 'nettoresultaat' (d.w.z. het aantal ziektegevallen), naast de individuele en collectieve weerstand van de blootgestelden, vooral worden bepaald door de aard van de ziekteverwekkers en de mininzaal infectueuze dosis ervan: dat wil zeggen het aantal kiemen dat noodzakellijk is om bij een bepaald percentage van de aan de verontreiniging blootgestelde personen ziekte te doen ontstaan (MID 50, MID 5). Deze MID varieert bijzonder sterk (tabel IV) en is met name voor virale ziekteverwekkers waarschijnlijk bijzonder laag. De MID voor de meeste bacteriele infecties is veel hoger dan enkele micro-organismen. Het is overigens goed te bedenken dat de meeste gegevens over de MID verkregen zijn door proeven op goed gevoede vrijwilligers in niet-endernische gebieden. De met dergelijke vrijwiligers verkregen resultaten kunnen niet anders dan met de grootste reserve worden 'vertaald' naar ondervoede kinderen in endemische gebieden. Bovendien moet worden bedacht dat ook bij gezonde vrijwilligers de conditie
TABEL IV - MIDso van enkele belangriike ~netlselijlce,faecale pathogenen. Soort
V. cholerae E. coli Salmonella spec. 1) S. typhi Sh. s o ~ e i Campylobacter ssp. jejuni Yersinia spec. Piornaviridae (Polio, ECHO, Coxsackie) Hepatitis A Giardia cysten Entamoeba hist. cysten Ascariseieren Taenia-eieren 1)
Aantal kiemen 1W 1W - 105 105 - 109 102 - 1 3 101 - 102 102 - 103 (?) ?
101 - 102 101 (?) 101 - 102 101 - 102 1 -10 1 -10
Onder bijzondere omstandigheden blijken bij bepaalde serotypen lagere infectiedoses voor te komen.
van de maag van grote betekenis voor de waarde van de MID is. Zo kan door voorafgaande neutralisatie van het maagsap de gemiddelde infectiedosismet een factor 103 worden teruggebracht. Ook is soms de passage van vloeistof zeer snel: met Technetium gemerkt water, dat tussen de maaltijden wordt gedronken, passeert de maag snel en kan - indien verontreinigd - een geheel ander effect hebben op het ontstaan van ziekteverschijnselen dan wanneer dezelfde hoeveelheid wordt gedronken tijdens een maaltijd (met veel langere verblijftijd in de maag). Over het algemeen verschaft de MID 50 onder experimentele omstandigheden de meest betrouwbare informatie; voor de natuurlijke, niet-experimentele transmissie door drinkwater in een bepaalde populatie is waarschijnlijk de MID5 meer relevant dan de MIDBO. De Rotterdamse drinkwaterepidemie ontstond doordat bij de levering van drinkwater aan een viertal kleine Franse marineschepen een foutieve aansluiting werd gemaakt waardoor een aanzienlijlce hoeveelheid faecaal verontreinigd afvalwater en mogelijk ook rivierwater in het distributienet werd geperst. Een terstond ingesteld bacteriologisch onderzoek, dat door het Rotterdamse drinkwaterbedrijf naar aanleiding van ziektemeldingen werd verricht, toonde aan dat inderdaad een aanzienlijke faecale verontreiniging bestond (> 100 bacterien van de Coli-groep per 100 rnl onderzocht drinkwater, op een aantal verspreid liggende monsterpunten; bij bevestiging bleek 20-60 % van deze bacterie kweekbaar bij 44 "C). Het is aannemelijk te achten dat een aanzienlijk deel van de bewoners van het Scheepvaartkwartierwerd blootgesteld aan de faecale flora en fauna van omstreeks 100 opvarenden van vier Franse marineschepen. Blijkens een schriftelijk gehouden enqugte ondervonden 609 personen klachten van het maagdarmstelsel. De gemiddelde incubatietijd bedroeg 72
uur. Bij 255 personen werd een bacteriologisch en parasitologisch onderzoek van de ontlasting ingesteld. Specifieke ziekteverwekkers werden in 17 % gevonden. Dit betrof Entamoeba histolytica (2,3 %), Giardia lamblia (8 %), Campylobacter (5 %) en Salmonella spec. (1,2 %). Een beperkt aantal faecesmonsterswerd bovendien virologisch onderzocht; daarbij werden geen virussen aangetoond. Bij ruim 80 % van de personen met klachten werden geen ziekteverwekkers aangetoond; zij leden aan 'waterziekte'. Hoewel de gevonden ziekteverwekkers - met name voor wat betreft Entamoeba histolytica - niet een geheel zuivere afspiegeling geeft van de gerniddelde Nederlandse faecale flora en fauna, is de afwijking ervan toch niet groot. Enkele belangrijke ziekteverwekkers die ook in de toekomst bij dergelijke voorvallen kunnen worden verwacht, zullen hierna wat uitgebreider worden besproken.
Infecties met vertegenwoordigers van het bacteriegeslacht Salmonella komen in Nederland veel voor: per jaar worden op grond van de wettelijke voorschriften omstreeks 7.000 gevallen van salmonellose en gemiddeld 50 gevallen van buiktyfus aangegeven. De verwekker van de laatstgenoemde ziekte, S. typhi, en die van klassieke paratyfus, S. paratyphi B, onderscheiden zich wezenlijk van de groep van de ruim 1.400 'overige' Salmonellatypenwelke beschreven zijn: buiktyfus en paratyfus B zijn in feite exclusief menselijke ziekten, de grote groep 'andere' salmonellosen in wezen zoonosen. De MIDao voor buiktyfus en paratyfus B is -omdat het typisch aan de mens geadapteerde typen zijn -relatief laag (102 - 103 kiemen); voor de 'andere' salmonellosen hoog (varierend van 10" lo9 bacterien, afhankelijk van het type). Het 'officieel' aantal aangegeven gevallen van salmonellose is waarschijnlijk slechts een zwakke afspiegeling van de echte situatie: naar de mening van enkele Nederlandse deskundigen vindt slechts in 5 % van de werkelijk voorgekomen gevallen bacteriologisch onderzoek en aangifte plaats: 140.000 gevallen per jaar benaderen de realiteit waarschijnlijk meer. Het aantal sterfgevallen ten gevolge van salmonellose is - gelukkig - beperkt tot enkele tientallen personen per jaar. Door de schade - veroorzaakt door werkverzuim -is salmonellose toch een belangrijk economisch vraagstuk. In de USA wordt het aantal gevallen per jaar op B6n miljoen geschat; kosten 1 rniljard dollar ! Salmonellose uit zich als een acute stoornis van het maagdarmkanaal gepaard gaande met braken, buikkrampen, diarree en vaak koorts. Veel
tot zeer veel gevallen verlopen sub-klinisch: de patient ondervindt geen hinder van de infectie en wordt - gedurende gemiddeld 4-6 weken - symptoomloos uitscheider van Salmonella-kiemen in de ontlasting. Het aantal symptoomloze kiemuitscheiders van Salmonella is in Nederland onbekend; het wordt geschat op 3-5 per 1.000 inwoners. De besmetting met Salmonella-bacterren vindt in Nederland vrijwel altijd door voedsel plaats. In uitzonderingsgevallen kan directe transmissie van moeder naar haar pasgeborene tijdens het geboorteproces optreden; sporadisch worden ook volwassenen door rechtstreeks onderling contact besmet: dit geldt dan vrijwel uitsluitend infecties met S. typhi. De ziektekiemen van zowel buiktyfus als van de 'andere', de overige, salmonellosen verlaten het lichaam met de ontlasting; in zeldzame gevallen komen chronische urine-uitscheiders van tyfuskiemen voor. Gezien het frequent voorkomen van salmonellose als klinische ziekte en het grote aantal symptoomloze dragers veroorzaakt de mens een aanzienlijke belasting van het afvalwater met Salmonella-kiemen: het aandeel van S. typhi daarin neemt sterk af. Zoals reeds werd vermeld is salmonnellose feitelijk altijd een zoonose en vormen vlees en vleeswaren de belangrijkste besmettingsbron voor de mens. Door wijziging in het consumptiepatroon van de Nederlander en door de opkomst van de bio-industrie is een grote behoefte ontstaan aan goedkope, eiwitrijke veevoederbestanddelen voor met name varkens en pluimvee. Deze veevoedergrondstoffen kunnen alleen op voor ons economische wijze door de ontwikkelingslanden worden geleverd. Een zeer hoog percentage van deze veevoederbestanddelen is in de landen van herkomst met salmonellae verontreinigd en zij bereiken via besmet veevoeder onze varkens- en pluimveestapel en via vlees en vleesprodukten uiteindelijk de mens. In de overgrote meerderheid der gevallen worden deze dieren symptoomloos drager; zij veroorzaken echter - door hun mest - een kolossale verontreiniging met salmonellae van afvalwater en oppervlaktewater. Bij een faecale drinkwaterverontreiniging bestaat dus in Nederland een relatief grote kans dat ook salmonellae tot de verontreinigende micro-organismenbehoren; het aandeel van S. typhi daarin zal gering zijn. De kans evenwel dat men door consumptie van aldus verontreinigd drinkwater een voldoende infectiedosis zou opnemen om ziek te worden is - behalve in het zeldzame geval van buiktyfus - gering te achten; een tijdelijk symptoomloos dragerschap kan echter w&loptreden. Deze extra 'drager' gevallen moeten worden gevoegd bij de normale achtergrondbelastingwelke door de
consumptie van besmet vlees en vleeswaar en secundair besmette andere voedingsmiddelen in een land wordt veroorzaakt. Bij de Rotterdamse drinkwaterepidemie werden bij 255 onderzochte personen driemaal salmonellae gevonden (1,2 %); een aanwijzing voor een licht verhoogde besmettingskans. Aan de andere kant kan een dergelijke 'clustering' ook we1 op andere wijze (door besmet vlees of vleeswaren) locaal tot stand komen.
aanwijzingen dat pluimveevoeder een rol speelt bij het onderhouden van de besmetting onder deze dieren. Evenrnin staat de rol van in het wild levende vogels in dit verband vast. Een belangrijk gedeelte van geslacht pluimvee is met Campylobacter besmet. Algemeen wordt thans aangenomen dat onvoldoend verhit kippe- of kalkoenevlees (barbecue, fondue) een bron van besmetting voor de mens is. Uit de literatuur blijkt ook dat rauwe melk (vaak secundair ge'infecteerd door ontlasting) een bron kan zijn. Ook jonge honden en katten maken 2. Campylobacteriosis nogal eens een infectie door en kunnen Een van de opmerkelijke ontwikkelingen in via hun ontlasting bijdragen tot infectie de laatste jaren op het gebied der darmvan de mens. Meer en meer verschijnen infecties is de rol van Campylobacter fetus publicaties waarin faecaal verontreinigd subspecies jejuni, als verwekker van gastro- drinkwater de oorzaak van campylobacteenteritis bij zowel kinderen als bij volwasse- riose bij de mens is; dit zou wijzen in de nen [12]. Campylobacter fetus was reeds richting van een lage infectueuze dosis. Zo werd een epidemie met 2.000 ziektegevallen vele jaren bekend als verwekker van bein Vermont (USA) veroorzaakt door faecaal smettelijk verwerpen bij runderen en schaverontreinigd drinkwater dat onvoldoende pen en van diarree bij kalveren en varkens. gechloord was [I 11 en ook een grote In zeldzame gevallen werden aan C. fetus verwante micro-organismenuit bloed bij de explosie via drinkwater in 1980 in Zweden mens geisoleerd. Door gebruik te maken 191. Een belangrijk gegeven in de epidemiologie van campylobacteriose is het onvan selectieve voedingsbodems en door bij vermogen van de verwekker om zich bij een hogere temperatuur (42 O) te kweken 25 OC en bij normale zuurstofspanning te lukte het dit Vibrio-achtige (gekromde) vermenigvuldigen. Over het v66rkomen van micro-akofiele micro-organisme in een campylobacteriose in Nederland zijn wij groot aantal gevallen van acute diarree te slecht ge'informeerd; voor deze ziekte beisoleren. Een belangrijke verwekker van staat alleen via het ziektebeeld 'voedselvergastro-enteritis vooral bij kinderen (in giftiging' een aangifteplicht; er bestaat zo5-14 %) en in mindere mate bij volwasdoende een onvolledig inzicht. senen (in t- 1 %) was daarmede ontdekt. Het is nuttig enige aandacht aan dit micro- Uit gegevens van de Streeklaboratoria voor organisme te schenken omdat in de komen- de Volksgezondheid blijkt evenwel dat de jaren een aantal aspecten van de epideCampylobacter thans zeker zo vaak wordt miologie van dit micro-organismezullen geisoleerd als Salmonella spec. Dit zou beworden opgelost en in de literatuur geputekenen dat het aantal gevallen van campylobacteriose omstreeks 150.000 per jaar bliceerd. De ziekteverschijnselen - die na een zou bedragen. Via faeces van de mens, via incubatietijd van 3-5 dagen beginnen (1andbouw)huisdierenen via faeces van in zijn evenals bij een salmonellose die van het wild levende dieren bestaat er een gastro-enteritis met koorts. Over het evenals dit met salmonellae het geval is algemeen zijn de symptomen wat meer - waarschijnlijk een belangrijke belasting uitgesproken dan bij een salmonellose. Opvan riool- en oppervlaktewater met Camvallend is de vaak bij deze ziekte optreden- pylobacter ssp jejuni. Over de overlevingsde hoofdpijn, de koliekachtige buikpijn en kansen van Campylobacter in rioolwater, slib en oppervlaktewater zijn nog maar het met de diarree gepaard gaande bloedverlies. Het reconvalescentendragerschapin weinig gegevens bekend. Tijdens de drinkde ontlasting is over het algemeen van waterverontreiniging in Rotterdam werd beduidend kortere duur dan bij salmo- bij 5 % van 255 personen met klachten van het maagdannkanaal Campylobacter fetus nellose het geval is en chronische dragers ssp jejuni uit de ontlasting geisoleerd. Geblijken zeldzaam te zijn. Terwijl voor salmonellose antibiotische therapie geen verzien het geringe aantal symptoomloze kiembetering van het klinische beeld geeft, kan uitscheiders van dit organisme bij volwaserythromycine bij ernstige gevallen van senen is het aannemelijk te achten dat bij campylobacteriose van nut zijn. deze drinkwaterverontreinigingwe1 degelijk Evenals salmonellose kan campylobacteriose een verhoogde aanvalsdruk van dit microals een zoonose worden beschouwd: het organisme heeft bestaan. besmettingsreservoir bevindt zich in de dierenwereld, vooral bij vogels (pluimvee !) waar het micro-organisme als een commenDe belangrijkste parasitaire darminfectie saal voorkomt. Er zijn tot dusverre g66n
is zonder twijfel die welke wordt veroorzaakt door Giardia lamblia. Deze parasiet - 'ontdekt' door Lamb1 in 1859 - werd waarschijnlijk voor het eerst waargenomen door Antoni van Leeuwenhoek in 1681, toen hij zijn eigen ongevormde ontlasting aan een microscopisch onderzoek onderwierp [5]. Het micro-organisme hecht zich met een zuignap aan de cellen van het bovenste deel van de dunne darm en kan -mits in voldoende aantal aanwezig - het normale vocht- en mineralentransport in de darm verstoren. Bij chronische infecties ontstaan op den duur stoornisssen in de resorbtie van vetten en bepaalde vitaminen. De vegetatieve vorm van deze flagellaat wordt alleen bij ernstige infecties in de faeces aangetroffen; normaliter worden in de ontlasting alleen de (de tegen veel invloeden resistente) cysten gevonden. Deze cysten kunnen in kraanwater bij 8 O C zelcer 18 weken infectueus blijven. Ook ten opzichte van chloor zijn zij zeer resistent: 7 % van de cysten bleek nog levensvatbaar na 20 minuten blootstelling aan 1 mg vrij chloor per liter water bij een pH van 9. Ook herhaald bevriezen en ontdooien van cysten bevattend water doet de excysteringsmogelijkheid niet wezenlijk dalen. De infectueuze dosis is bij experimentele toedoening aan vrijwilligers laag en ligt tussen de 10 en 100 cysten. Giardia is een frequent voorlcomende darmparasiet, hetgeen blijkt uit het percentage personen dat, vrijwel steeds z6nder ziekteverschijnselen, cysten in de ontlasting produceert. Dit percentage varieert 0.a. per geografisch gebied en met de leeftijd. Bepaalde gebieden in de wereld zijn als hyperendemisch te beschouwen: de USSR, overige Europa, het Caralbische gebied, Zuid-Amerika en bepaalde gebieden in de USA (0.a. de Rocky Mountains). Kinderen zijn over het algemeen gevoeliger voor de infectie dan volwassenen; dit kan worden verklaard door een zich in de loop van het leven ontwikkelende imrnuniteit. Bet percentage cystendragers werd in Nederland v66r de oorlog op 10 % geschat [8], doch is waarschijnlijk thans beduidend lager. Bij lcinderen in de provincie Utrecht zou het percentage nu 8 bedragen (Van Knapen, pers. med.). In de Verenigde Staten schornmelt het dragerspercentage tussen 3-7 % met uitschieters in het zuiden van de USA (zelfs tot 20 %). Nauwkeurige gegevens over Nederland staan niet ter beschikking. Bij onderzoek van de ontlasting vanuit het buitenland in Rotterdam terugkerende reizigers vonden wij bij personen mkt klachten in 2,3 % cysten van Giardia. Deze personen waren zeer waarschijnlijk aan een verhoogde besmettingskans in tropen of subtropen blootgesteld geweest. Besmetting met cysten van Giardia kan direct faecaal-oraalplaatsvinden; het
is vrijwel zeker dat voornamelijk deze besmettingsweg bij kinderen in Nederland voorkomt ('person to person'). Wij vinden dit vooral bij kinderen op crkches, kleuterscholen en in inrichtingen. Ook kan op die wijze verspreiding naar verzorgers of ouders plaatsvinden. Een andere belangrijke besmettingsweg is door met cysten verontreinigd drinkwater. In de USA kon in de periode 1971 - 1977 Giardia 23 maal als oorzaak van drinkwaterepidemieen worden aangewezen (met in totaal 7.000 zieken): het micro-organisme staat daarmee op de eerste plaats van de oorzaken van dergelijke incidenten. Beroemd zijn de besmettingen voor drinkwater in de USSR geworden; vooral drinkwater van Leningrad staat erom bekend oorzaak van gastro-enteritis te zijn. Brodsky en medewerkers [2] enqugteerden ruim 1.400 Amerikaanse reizigers naar de USSR: 23 % (I) bleek aldaar giardiasis te hebben opgelopen. De gemiddelde tijd die verliep tussen aankomst in de USSR en het optreden van de ziekteverschijnselen bedroeg 14,5 dagen en de gemiddelde ziekteduur was toch nog ruim 6 weken. Een analyse van de door de toeristen bezichte steden wees Leningrad als meest waarschijnlijke plaats aan waar de infectie werd verkregen. Uit een fraaie epidemiologische analyse bleek dat van diegenen die kraanwater dronken m66r personen ziek werden dan van degenen die mineraalwater dronken. Ook steeg de kans om ziek te worden met de hoeveelheid geconsumeerd drinkwater. Een dergelijk onderzoek (met hetzelfde resultaat) werd ook verricht onder terugkerende reizigers uit de USSR in Zweden, Finland en het Verenigd Koninkrijk. In de USA blelcen de meeste door drinkwater veroorzaakte epidemietjes van giardiasis te zijn veroorzaakt door het gebruik van oppervlaktewater dat als drinkwater als enige behandeling chloring had ondergaan. Uit de reeds genoemde gegevens van de resistentie van de Giardiacysten ten opzichte van vrij chloor blijkt dat de normale drinkwaterchloring op zichzelf onvoldoende is om in dit opzicht een betrouwbaar produkt op te leveren. Additionele voorbehandelingen zoals bezinking en filtratie zijn daartoe noodzakelijk. De in Nederland toegepaste behandeling van voor drinkwater bestemd oppervlaktewater is dusdanig dat de kans dat Giardiacysten langs deze weg de mens bereiken nihil is. Opmerkelijk feit bij de Amerikaanse drinkwaterepidemieen door Giardia is dat de bacteriologische parameters voor betrouwbaarheid vrijwel steeds gunstig uitvielen: dit is er een aanwijzing voor dat door chloring de normale flora w&lwordt geelimineerd maar de resistente cysten van Giardia niet. Tenslotte kan de mens ook
door Giardiacysten worden besmet welke afkomstig zijn van dieren; in de USA staan in dit verband bevers in een kwade reuk. Ook de ontlasting van lagere dieren zoals knaagdieren komt in principe als besmettingsreservoir in aanmerking. In de Rotterdamse epidemie werd bij 255 onderzochte personen 20 maal Giardia gelsoleerd (= 8 %). Dit is een hoog percentage indien het wordt vergeleken met het isolatiepercentagevan 3,4 dat bij terugkerende reizigers mkt klachten uit de tropen werd gevonden. Het is waarschijnlijk dat het cystendragerpercentageonder de Franse marinemensen wat hoger ligt dan bij de gemiddelde Nederlandse bevolking: het is derhalve aannemelijk dat een aantal van de vastgestelde besmettingen onder de bewoners van het Scheepvaartkwartier door de faecale verontreiniging van het drinkwater werd veroorzaakt.
Virale oorzaken van driiaterepidemieEn Meer dan 100 verschillende virussoorten zijn tot dusverre in de menselijke faeces aangetoond. Vele soorten, met name de Picornaviridae, de Adenoviridae en de Reoviridae zijn voldoende thermostabiel om gedurende lange tijd in water levensvatbaar te blijven en bovendien overleeft een aantal de conventionele afvalwaterbehandeling (inclusief chloring). De aandacht is de laatste jaren sterk gericht geweest op de detectie van virussen in oppervlaktewater en drinkwater en er is met name reeds veel baanbrekend werk verricht op het terrein van virusconcentratie in water. In het kader van deze voordracht wil ik mij beperken tot het hepatitis A virus (HAW en het rotavirus (HRV)I). Andere, ook onder Nederlandse omstandigheden interessante virussen zoals het Norwalkvirus en andere daar nauw aan verwante, virussen blijven buiten beschouwing. Overigens zijn ten gevolge van de Rotterdamse drinkwaterverontreiniging g66n virusinfecties bij de geexponeerden aangetoond.
Hepatitis A Besmettelijke geelzucht is ook in Nederland een frequent voorkomende infectieziekte. Het aantal aangegeven gevallen per jaar varieert van 16.848 in 1960 (= 14.6 per 100.000inwoners) tot 1.183 in 1975 (= 8.7 per 100.000 inwoners). De meeste gevallen komen voor in de leeftijdsklasse van 5-9 jaar. Er is zoals in veel landen van WestEuropa een duidelijk dalende tendens waarneembaar (tabel V).
1)
HRV = Human Rota Virus.
-
TABEL V Aangegeven gevallen van hepatitis A, jaargemiddelde per 5 jaarsperiode (1951 - 1980). Periode
Jaargemiddelde
Een dergelijke teruglopende incidentie van een infectieziekte waarvoor (nog) g66n vaccinatie bestaat en waarop een gerichte bestrijding nauwelijks vat heeft, kan op verschillende wijzen worden verklaard. Een mogelijkheid is dat - gezien het bovenstaande - de behandelende artsen weinig nut zien in het doen van aangifte: in dat geval zou de uit de statistische gegevens af te leiden daling van de incidentie slechts schijn zijn. Hiertegen pleit 0.m. dat het verschijnsel in heel West-Europa en de USA wordt waargenomen. Waarschijnlijk is dat door een toename van de algemene hygiene de expositiekans op het hepatitis A-virus is gedaald. Uit de beschikbare gegevens blijkt (nog) geen duidelijke verschuiving naar hogere 1eeftijdsIdassen. Hepatitus A-virus (HAV) wordt vooral aan het einde van de incubatietijd in grote hoeveelheden met de ontlasting uitgescheiden. Dit is een van de redenen waarom hepatitis A zo veel voorkomt: de nog niet zieke patient produceert het meeste virus en is niet door bedlegerigheid van deelname aan de transmissie uitgesloten. Onder de omstandigheden in Nederland vindt de besmetting vrijwel steeds rechtstreeks, dus faecaaloraal, plaats. Besmetting door voedsel behoort overigens tot de mogelijkheden en zal ook in Nederland ongetwijfeld voorkomen. Deze besmettingswijze wordt zelden of nooit ontdekt. Een andere mogelijkheid is de transrnissie van hepatitis A door drinkwater. Vooral in de USA zijn deze drinkwaterbesmettingen waargenomen en ook in de tropen worden zij herhaaldelijk beschreven. Bij mijn weten zijn geen gevallen van hepaTABEL VI - Virale verwekicers van gasfroetzteritis bij de Inens. Virus Nonvalk (-like) Rotavirus
Ziekte
Detectiemethode
epid. diarree kinderen en voIwassenen diarree van kinderen
Immuun-electronen microscopie, RIA
Coronavim ?
ElectronenSerologic
microscopie Electronenmicroscopie Id. Id.
Astra-virus ? Calicivirus ? Adenovirus zeldzame oorzaak gastro-enteritis Id., weefselkweek Enterovirus zeldzaam Id.
lijkse conventie van het 'American Legion' in Philadelphia. Van de ruim 4.000 deelnemers ontwikkelden 221 een zeer ernstige, koortsende ziekte die met longontsteking gepaard ging. De sterfte onder de patienten was aanzienlijk (20 %). Met de gebruikelijke laboratoriummethodieken bleek het niet mogelijk een microbiele oorzaak ervan te ontdekken. Na vele maanden intensief bacteriologisch speurwerk lukte het een volledig nieuwe ziekteverwekker, thans Legionella pneumophila genoemd, als oorzaak van het zielctebeeld te ontdekken. Rota-virusinfeetie (HRV = Human Rota Naast het bacteriologisch onderzoek vond Virus) een uitgebreide epiderniologische analyse plaats om een aantal factoren te bepalen Het rotavirus (zo genoemd omdat electrodie tot het ontstaan van de ziekte bijdroegen. nen-rnicroscopisch het virus op een wagenHet bliikt dat de ziekte zich in twee vormen rad met spaken lijkt), 66n van de Reoviridae, is thans de beste gekarakteriseerde kan manifesteren: de ernstige verlopende vorm ('Legionnairs-zielcte') en een licht en meest voorkomende virale verwekker verlopende vorm ('Pontiac fever'). Vast van gastro-enteritis, vooral bij kinderen lcwam te staan dat de ziekte m66r voor(zie tabel VI). kwam bij mannen dan bij vrouwen, meer Van het HRV zijn inrniddels 2 serotypen op middelbare en hogere leeftijd, meer bij beschreven, HRVl en HRV2, die geen sigarettenrokers en bij zware drinkers en onderlinge irnmuniteit verschaffen. Gemeer bij personen die a1 aan andere ernstige infecteerde kinderen produceren aan het aandoeningen leden. De ziekte komt meer einde van de incubatietijd en in de acute voor bij personen die reizen, bij constructiefase van de ziekte het meeste virus: tot werkers en bij personen die in de buurt van 1011viruspartikels per gram faeces. Het is opgravingen wonen. De ziekte verspreidt daarom begrijpelijk dat deze infectie op zich niet van mens op mens en ontstaat zuigelingen-afdelingen zeer snel om zich waarschijnlijk door inhalatie van de bacterie heen kan grijpen. Terwijl men in de eerste op stof of in een aerosol. De ziekteverwekjaren na de ontdekking van het rotavirus ker komt waarschijnlijk in de levenloze als verwekker van diarree meende dat uitbuitenwereld voor en kan in bodemslib en sluitend jonge kinderen erdoor werden luaanwater we1 een jaar levensvatbaar blijgetroffen, heeft men deze mening later ven. In een aantal gevallen is water in moeten herzien: ook volwassenen worden koeltorens van airconditioningssystemen herhaaldelijk geinfecteerd. Gezien het zeer voor de besmefting verantwoordelijk geverspreid voorkomen van HRV in de bleken; de patienten werden daarbij aan een Nederlandse gemeenschap dient men bij besmet aerosol blootgesteld. Inmiddels is een faecale drinkwaterverontreiniging zeker ook vastgesteld dat L. pneumophila in het rekening te houden met HRV infecties drinkwaterdistributienetin ziekenhuizen en vooral bij kinderen. Bij de Rotterdamse hotels kan voorkomen. Het is opmerkclijk drinkwaterepidemieheeft geen electronendat een zo lastig kweekbaar micro-organismicroscopisch onderzoek plaatsgevonden me zo lang in een levenloze omgeving kan naar rotavirus-partikels. Men heeft we1 standhouden. De aanwezigheid van bepaalde gesuggereerd dat een deel van de gevallen van niet-specifieke acute gastro-enteritis bij algen in water (Fischerella spec.) bevordert faecale drinkwaterverontreiniging op infectie de groei van Legionella daarin. Lang niet met HRV zou berusten, hetgeen, gezien 0.a. altijd voert de aanwezigheid van Legionella de overeenkomst in incubatietijd, zeker we1 in distributienetten tot ziekte. Bij een recent onderzoek in Engeland werd het micromogelijk moet worden geacht. organisme 25 maal uit kraanwater of douchewater of water uit koeltorens van Tot slot wil ik attenderen op een tweetal airconditioningssystemen geisoleerd z6nder ziekteverweldrers die de laatste tijd sterk in dat ziektegevallen optraden. Ook in Nederde belangstelling staan. Dit betreft de verland is legionellosis inrniddels waargenomen wakker van de Legionnairs-ziekte en de en ook in ons land werd de rol van besrnette infectie van de mens met atypische tuberziekenhuisdrinkwaterleiding vastgesteld. Een kelbacterien. aantal patienten in Nederland bleken tijdens verblijf in Italie of Spanje besmet (doucheof badwater ?). Legionnairs-ziekte Het mag - bijna 100 jaar nadat met In 1979 ontstond een groot aantal ziekteRobert Koch de triomftocht van de gevallen onder de deelnemers aan de jaar-
titis A, op de mens overgedragen door faecaal verontreinigd drinkwater, in Nederland beschreven. Ook bij de Rotterdamse drinkwaterverontreinigingzijn deze niet gevonden. Toch moet -gezien het frequent voorkomen van hepatitis A-virus in de Nederlandse gemeenschap - bij iedere faecale drinkwaterverontreiniging met het optreden van hepatitis A -vier tot zes weken nk de verontreiniging - worden gerekend.
TABEL VII. Legionellaceae
L. pneumophila L. bozamanii L. micdadei L. durnoffi
serotypen 1 - 6
bacteriologie begon -verrassend worden genoemd dat alsnog een nieuwe farnilie ziekteverwekkende micro-organismen (de 'Legionellaceae' is ontdekt (zie tabel VII). Legionellosis kan in een aantal gevallen inderdaad worden beschouwd als een 'water-borne' infectie waarbij het microorganisme door aerosolvorming van drinkwater (via douche- en badwater of koelwater) op de mens kan worden overgedragen.
Mycobacterium kansasii Tuberculose is een infectieziektewaarvan de besmettingskans van de mens in Nederland van 1.000 per 10.000 inwoners in 1910 tot 1,3 per 10.000 is teruggelopen. Het is daarom begrijpelijk dat een nauw verwante groep mycobacterien, de zg. 'atypische' tuberkelbacterien steeds meer gaat opvallen. Deze 'atypische' mycobacterien, welke zelden ernstige ziekte bij de mens veroorzaakt (vergeleken met de tuberkelbacterie zBlf), kunnen worden opgevat als omgevingssaprofyten die de mens via water en stof kunnen bereiken. Een aantal infecties met deze mycobacterie werd waargenomen bij mijnwerkers in Tjechoslowakije die aan sterk met M. kansasii verontreinigd douchewater werden blootgesteld. Ook in Rotterdam werd Myco. kansasii in 47 % van de tappunten (N = 80) van drinkwater geisoleerd. Het is niet geheel duidelijk of het drinkwater als de natuurlijke verblijfen groeiplaats van Myco. kansasii moet worden beschouwd of dat de aanwezigheid als een verontreiniging moet worden opgevat. Overigens worden ook andere mycobacterien frequent uit drinkwater gelsoleerd. In Rotterdam werden meer positieve bevindingen gedaan in oude stadswijken dan in nieuwe en meer in de winter dan in de zomer (opwarmende leidingen ?). In dit onderzoek, verricht door Engel en medewerkers [6] wordt de hypothese dat kraanleertjes de belangrijkste kolonisatiepunten vormen verworpen, daar ook nB verwijdering ervan het micro-organisme kan worden geisoleerd. De besmetting van de mens kan aerogeen en via het maagdarrnkanaal plaatsvinden. Voor het infecteren van een gezond individu zijn waarschijnlijk een groot aantal bacterien nodig; bij zieke of verzwakte longen kunnen waarschijnlijk weinig bacterien a1 tot infectie voeren. Infectie van het
maagdarmkanaal is nog niet vastgesteld maar het is denkbaar dat men via in het drinkwater voorkomende atypische mycobacterien wordt gesensibiliseerd. Een feit is dat het aantal infecties met atypische mycobacterien bij kinderen stijgende is. De rol van Myco. kansasii is hierbij nog onvoldoende vastgesteld. Ook in dit geval kunnen de mycobacterien -althans in een aantal gevallen - als 'water-borne' worden beschouwd. De beide laatstgenoemde voorbeelden behoren in een geheel andere categorie dan de overige besproken voorbeelden die immers alleen via een faecale drinkwaterverontreiniging optreden. Het ligt in de lijn der verwachting dat het aantal faecale besmettingen in de toekomst nog meer kan worden beperkt en bovendien is a1 veel over de ziekteverwekkers, die daarbij betrokken kunnen zijn, bekend. Het is waarschijnlijk dat in de toekomst het onderzoek -behalve op virussen -zich vooral zal gaan richten op de 'nieuwe' ziekteverwekkers, zoals Legionella en atypische mycobacterien.
Samenvatting Aan de hand van een recente faecale drinkwaterverontreinigingin Rotterdam (in maart 1981) wordt een overzicht gegeven van enkele microbiele ziekteverwekkers die in principe bij een dergelijke .verontreiniging in Nederland een rol h n n e n spelen zoals Salmonella, Campylobacter, Giardia, Hepatitis A-virus (HAV) en Rota-virus (HRV). Tevens wordt gewezen op enkele recente ontwikkelingen in de kennis van door water overgedragen andere ziekteverwekkers zoals Legionella pneumophila en Mycobacterium kansasii. Literatunr 1. Bonde, G. J. (1981). 'Salmonella and other pathogenic bacteria' in 'Water Supply and Health'. Proceedings of an International Symposium, Noordwijkerhout (1980), Elseviers Scientific Publ. Comp., Amsterdam. 2. Brodsky, R. E. et a1 (1974). 'Giardiasis in travellers to the Soviet Union'. J . Inf. Dis. 130, 319. 3. Centers for Disease Control (1979). Waterrelated Disease Outbreaks, Annual Sumnzary. 1977. US Dept. of Health and Human Services, Atlanta, Georgia, USA. 4. Centers for Disease Control (1981). Waterrelated Disease Outbreaks, Annual Summary, 1979. US Dept. of Health and Human Services, Atlanta, Georgia, USA. 5. Dobell, C. A. (1920). 'The discovery of intestinal protozoa in man'. Proc. R. Soc. Med. 13, 1. 6. Engels, H. W. B., et al. (1977). 'Het voorkomen van Mycobacteriun~kansasii in leiding~vater'. Rapport 109177, RIV, Bilthoven. 7. Huisman, J. en Nobel, P. J. (1981). 'Enkele epiderniologische gegevens over de gevolgen van
de faecale drinlcwaterverontrdniging in het Sclteepvaarthvcntier te Rotterdam in ntaart 1981'. HzO, 14, 642. 8. Loghem, J. J. van (1947). Algemene Gezondheidsleer. Kosmos, Amsterdam-Antwerpen. 9. Mentzing, L. 0. (1981). 'Waterborne outbreaks of Campylobacter enteritis in Central Sweden'. Lancet 11, 352. 10. Sliman, N. A. (1978). 'An ozctbreak of GuillainBarrd Syndronle associated with water pollution'. Brit. Med. J . 1, 751. 11. Tiehan, W. and Vogt, R. L. (1978). 'Waterborne Campylobacter gasfro-enteritis-Vermont'. Morbidity and Mortality Weekly Report 27, 207. 12. WHO Scientific Working Group (1980). 'Enteric infections due to Carnpylobacter, Yersinia, Saliitonella and Shigella'. Bull. WHO, 58, 519.
Aanpassingen van bacterih aan voedselarme milieus
In elk natuurlijk of kunstmatig milieu zijn bacterien onderworpen aan de strenge wetten van competitie en selectie. Teneinde optimaal te kunnen groeien in een bepaalde omgeving kunnen bacterien zich op twee niveaus aanpassen, nl. door een fenotypische of een genotypische verandering. De eerste aanpassing behelst aanpassing van enzymconcentraties, of andere celcomponenten door bijv. inductie of repressie. Een genotypische aanpassing geschiedt door een verandering in de genetische informatie van de cel, bijv. door mutatie; of door het
oligotrofe milieus hebben aangepast en, zo ja, hoe. Op grond van die informatie moeten we kunnen begrijpen waarom bepaalde bacterien zo succesvol zijn.
h a x
-,
die we1 de 'affiniteit' van het micro-
K,
organisme voor het substraat wordt genoemd. Meestal bezitten micro-organismen Men heeft eigenlijk pas de laatste jaren enig met een lage K, een hoge affiniteit, maar begrip gekregen van deze oligotrofe bacdat gaat niet altijd op. [VanGemerden en terien. Gedurende vele decennia had men Kuenen, 19821. In afb. 1 hebben organisme irnmers een studie gemaakt van reincultures B1 en Bz dezelfde K, maar verschillende van bacterien die waren verkregen uit op'affiniteiten' door hun sterk verschillende hopingen m.b.v. zgn. batchcultures. In deze haX-waarden. Oligotrofen bezitten per cultures, die over het algemeen hoge een hoge affiniteit voor bun definitie concentraties aan nutrienten bevatten, selecsubstraten. teert men op het vermogen van bacterien om snel te groeien bij overmaat aan subEen eenvoudige manier om het principe straten. D.w.z. dat men selecteert op de van de snijdende p-s curves te demonmaximale specifieke groeisnelheid ( b a x ) streren is gebruik te maken van een J. G. KUENEN van een bacterie. De vraag rijst nu of deze continucultuur, die ook we1 chemostaat Laboratorium voor organismen 66k het snelst groeien bij de wordt genoemd. Het principe van de Microbiologie - zeer lage - concentraties van nutrienten Technische Hogeschool, Delft chemostaat is zeer uitvoerig in de literatuur zoals die vaak in het milieu voorkomen. beschreven. [Tempest, 1970; Kuenen en Het blijkt dat dit niet het geval is en dat Veldkamp, 1973; Veldkamp, 1976; Harder, men uit het milieu micro-organismen kan Kuenen, en Matin, 19771. De werking van isoleren die weliswaar relatief langzaam een chemostaat komt er in het kort op opnemen of afstoten van informatie d.m.v. neer dat men aan een cultuur van microeen plasmide (buiten het chromosoom voor- groeien bij overmaat aan substraat, maar juist relatief sn&lbij lage substraatconcenorganismen met mondjesmaat vers medium komend stukje erfelijk materiaal). De selectiedruk die noopt tot de aanpassing traties. D.w.2. dat de substraatverzadigings- toevoert met een pomp. De cultuur wordt curve voor de specifieke groeisnelheid van door roering homogeen gehouden. Het kan een verandering in temperatuur zijn, verse medium bevat alle ingredienten noodin de zoutconcentratie, de substraatconcen- de laatste die van de snelle groeiers snijdt zakelijk voor de groei in overmaat uittratie, de aard van het substraat, enzovoort. zoals aangegeven in afb. 1, A en B1. Dit zijn de zgn. Monod-curves waarvoor geldt: gezonderd het groeibeperkende substraat. Men kan waarnemen dat er gedurende de De snelheid waarmee dit groeibeperkende evolutie enorm diverse aanpassingen hebS substraat aan de cultuur wordt toegevoerd ben plaatsgevonden als gevolg waarvan P = Pmax K,+s bepaalt de specifieke groeisnelheid van de onder meer sterk verschillende metabolische bacterien. De cultuur wordt via een overtypes zijn ontstaan, z6lfs als het gaat om waarin p de specifieke groeisnelheid van loop afgevoerd met dezelfde snelheid als micro-organisme, p,, de maximale specide afbraak van Bkn en dezelfde verbinding. het medium wordt ingevoerd. Hierdoor Zo treft men bijv. specialisten &nveelzijdige fieke groeisnelheid, s de concentratie van krijgt men een dynamische evenwichtstoebacterien naast elkaar in het milieu aan. het groeibeperkende substraat, en K, een stand ('steady state') in de cultuur waarbij De specialisten kunnen maar BBn of enkele saturatie constante die numeriek gelijk is aan s bij pmax.Bij zeer lage concentratie de specifieke groeisnelheid van de microverbindingen gebruiken en zijn nauwelijks organismen (p) gelijk wordt aan de vervan het substraat (s << K,) geldt dat de in staat tot fenotypische veranderingen, dunningssnelheid (D) van de cultuur terwijl de veelzijdige bacterien een grote helling van de lijn wordt gegeven door diversiteit aan substraten kunnen afbreken en juist w&lin staat zijn tot min of meer Afb. I - Substraat-saturatie curve volgens Monod die het verband geefi iussen de specifieke groeisnelheid ( F ) en de concentratie van het groeibeperkende substraat (s). De K,-waarden van snelle aanpassingen [Kuenen, 19801. Bl en B2 zijn gelijk, maar hun bijbehorende p,,;waarden sterk verschillend. Organisme B1 groeit Als een bepaalde aanpassing eenmaal heeft plaatsgevonden, dan zal de daaropvolgende sneller dun A bij luge subsiraaiconcentratie, terwijl het omgekeerde het gevd is bij hoge subshaatconcentratie. Men zegt dat B1 een grotere 'affiniieit' heeft voor het substraat dun A . competitie en selectie uitmaken of deze survival value heeft, en aldus zijn organis1 I men ontstaan met zeer diverse 'strategieen'. Wanneer we over de microbiologie van drinkwater spreken dan is het evident, dat micro-organismenzich alleen in het drinkwater kunnen handhaven indien zij optimaal (d.w.z. b6ter dan een concurrerend micro-organisme) zijn aangepast aan de bijzondere milieucondities zoals we die vinden in drinkwater. Drinkwater is vaak een voedselarm (oligotroof) milieu dat in het algemeen lage concentraties bacterien en nutrienten (substraten) bevat, terwijl ook de omzettingssnelheden van substraten meestal laag zijn. Men kan nu de vraag stellen of het inderdaad zo is dat bacterien zich aan
n MEDIUM
EWi4RTERIRAI.: M E N O POPULATIE VAN DEZELFDE mRSPRONG
A f b . 2 - Schematische voorstelling van de methode die wordt gebruikt om micro-organismen te selecteren o p grond van hun verschillende substraataffiniteit. h v e e identieke chemostaten worden van vers medium voorzien uit hetzelfde voorraadvat, met verschillende toevoersnelheden. De verdunningssnelheid ( D ) in de linker- en rechter-cdtuur zijn respectieveliik D = 0.03 uur1 en 0.3 u w 1 . Beide fermenters worden be2nt met e m mengpopdatie van dezelfde (natuurlijke) oorsprong. In de linker fermentor (chemostaat) wordt A dominant (lage h,.lage KJ,in de rechter fermentor organisme B. A s her experiment wordt herhaald met geinengde reincultures van A en B, wordt A dominant bij lage D en B dominant bij hoge D [naar Kuenen en Veldkamp, 19731.
f (D = -, waarin f = t~evoersnelheiden V V = volume). Dus p = D. Aldus kan men door de pomp in te stellen bacterien dwingen bij een bepaalde groeisnelheid te groeien. Vanzelfsprekend moet men de verdunningssnelheid van de cultuur niet zodanig opvoeren dat de maximaal mogelijke groeisnelheid overschreden wordt. Men spreekt dan van de kritische verdunningssnelheid (D,). Het is duidelijk dat naarmate de verdunningssnelheid lager is, de substraatconcentratie in de cultuur 66k lager is (vergelijk met de Monod-curve). Zijn er meerdere soorten bacterien in de cultuur aanwezig dan zal dkt organisme zich in de cultuur kunnen handhaven dat bij de gegeven verdunningssnelheid de laagste concentratie van het groeibeperkende substraat nodig heeft, terwijl de andere organismen worden uitgespoeld omdat ze bij die substraatconcentratie te langzaam groeien (p < D) om zich te kunnenhandhaven.
Het volgende experiment werd door Kuenen en Veldkamp [I9731 uitgevoerd (afb. 2). Twee eenvoudige chemostaten (in principe een jampot met magneetroering en overloop) werden gevoed met medium uit 6611 reservoir dat mineralen plus een groeibeperkende hoeveelheid lactaat bevat. De ene cultuur had een verdunningssnelheid D = 0.03 h-l, de ander D = 0.3 h-l. De beide cultures werden geent met een monster uit een oligotroof meertje. Aanvankelijk is er overmaat lactaat in de cultuur. Alle bacterien beginnen dus te groeien met maximale snelheid maar op een goed moment wordt de bacteriemassa zo groot dat de cultuur niet verder in dichtheid kan toenemen. Dit komt doordat de snelheid van aanvoer van lactaat, en daarmee de concentratie van de beschikbare lactaat hun groeisnelheid begint te bepalen. Zoals hiervoor vermeld treedt een selectie op waarbij dat organisme zich blijkt te kunnen handhaven dat het best is aangepast aan de gegeven verdunningssnelheid. Het bleek nu dat in de beide cultures twee
geheel verschillende micro-organismen op de voorgrond traden, nl. bij lage D (lage substraatconcentratie) een spirilvormige bacterie en bij hoge D (hoge substraatconcentratie) een staafvormige bacterie die p-s curves bleken te bezitten zoals aangegeven in afb. 2, A en B. Het hier gedemonstreerdeprincipe blijkt in zijn algemeenheid op te gaan. Dat betekent dus dat de natuur inderdaad vele bacterien herbergt, die speciaal zijn aangepast aan relatief snelle groei bij zeer lage substraatconcentratie. Dit blijken meestal niet de bekende bacterien te zijn zoals Pseudomonas soorten of Enterobacteriaceae, maar vaak spirilvormige bacterien. Uit een analoog experiment met groeibeperkende fosfaatconcentratiekan worden afgeleid dat het organisme dat dominant was geworden bij lage D nog relatief snel kon groeien bij een concentratie van ongeveer M fosfaat, d.w.z. 0,3 ppm (afb. 3). [Kuenen, Boonstra, Schroder en Veldkamp, 19771. Een concentratie van 0.3 ppm is zeker nog niet 'oligotroof' te noemen, maar is zeker we1 relevant voor vele andere natuurlijke milieus. Concluderend kan men zeggen dat dit type experimenten aantoont dat de organismen, die dominant worden in batch cultures (hoge p), meestal niet zo sue1groeien bij lage substraatconcentraties. Terzijde dient te worden opgemerkt dat de continucultuurmethode zoals die hier besproken is, B6n van de methodes is om groei en competitie van micro-organismen bij lage concentraties te bestuderen. Met de continucultuur kan men reproduceerbaar het effect van 66n variabele meten. Bovendien kan men met deze techniek de selectiedruk (kunstmatig) gedurende lange tijd aanhouden waardoor belangrijke principes van selectie zichtbaar gemaakt kunnen worden. Tenslotte is een bijzonder belangrijk voordeel van de continucultuur dat men zeer hoge bacteriedichtheden bij groeibeperkende concentraties van een substraat kan kweken. Daarmee kan men voldoende celmateriaal verkrijgen om ook stofwisselingsstudies te doen. Er zijn ook andere methodes beschreven waarmee waardevolle informatie kan worden verkregen over groei van bacterien bij zeer lage substraatconcentraties in bijv. drinkwater [v. d. Kooy, Hijnen en Oranje, 1981; v. d. Kooy en Hijnen, 19811. Hierbij volgt men door (kolonie) tellingen de groei bij groeibeperkende substraatconcentraties. Het bleek hierbij mogelijk te zijn zelfs bij een concentratie van slechts 1 pg glucose/l een effect op de groei te meten.
Oppervlakte/Volume verhouding Interessant was dat het spirilvormige
IJ
TABEL I1 - Oppentlakte/volume verhoudingen van 2 chenlo-organotrofe bacterizn bij verschillende groeisnelheden gekweekt in de chemostaat. [Volgens Matin en Veldkamp, 19781.
IJ HPO;-
Succinate
0.4-
01-
R
03-
Specifieke groeisnelheid
Oppe~lakte volume (pmrnl) Spirillum Pseudomonas
02-
OL
4 -+
IJ
Afb. 3 - Specifieke groeisnelheid (p) van een Spirillum (S) en een staafvormige bacterie (RJ als functie van het groeibeperkende substraaf d s aangegeven. De organismen S en R werden aanvankelijk uit natuurlijke momters opgehoopt bij hoge en lage D (zie afb. 2) op fosfaatlimitatie. D a m werden de experimenten herhaald met mengsels van reincultures en andere limitatie, succimt, NH4+ en K+. De temperutuur was 25 OC.De pijlfjes geven aan bij welke verdunningssnelheden de competitie experimenten werden uitgevoerd. In fosfaat-gelimifeerde cultures met lactaat als koolstof- en energiebron was de K , (P043-) = 2.7 x 10-8 M voor de Spirillum en K , (P043-) = 6.6 x 10-8 M voor de staafvormige bacterie (afb. uit Kuenen et al.. 1977).
ding een genotypische verandering noodzakelijk is. Bekend is ook [Dow en Whittenbury, 19801, dat typische oligotrofe organismen zoals de bacterie Ancalomicrobium langere dunne uitgroeisels ('stalks') vormt naarmate de groeisnelheid van het micro-organisme afneemt. Dit zou natuurlijk ook tot een vergroting van de oppervlakte volumeverhouding leiden. Dat dit inderdaad kan leiden tot gunstige groeikarakteristiek bij lange substraatconcentratie wordt gedemonstreerd door werk van de groep van Harder [Groningen, pers. mededeling] die vonden dat een Hyphomicrobium soort bij lage D relatief lange 'stalks' vormt en dat dit gepaard ging met een veel lagere substraatsaturatieconstante (K,) voor methanol. [Van Gemerden en Kuenen, 19821.
Hamstercapaciteit organisme dat bij lage fosfaatconcentraties in continucultuur dominant werd (afb. 3) ook relatief sue1 bleek te groeien bij lage K+,NH4+,succinaat en lactaatconcentratie. Kemelijk heeft dit organisme een relatief hoge affiniteit voor a1 deze substraten. Het is dus blijkbaar niet een specifieke, maar een algemene eigenschap van deze bacterie en men kan zich afvragen wat voor eigenschap dat zou kunnen zijn. De meest aantrekkelijke hypothese op het moment is dat dit te maken heeft met de oppervlakte/ volume verhoudig van de betref fende micro-organismen. Deze staan gegeven in tabel I samen met dezelfde verhouding van andere sets van organismen die respectie-
velijk bij hoge en lage D dominant waren geworden in vergelijkbare experimenten. [Kuenen, Boonstra, Schrijder en Veldkamp, 19771. Het valt op dat verschillen in S/V verhoudingen vaak een factor 2 bedragen. Bacterien blijken zich ook fenotypisch te kunnen aanpassen, maar niet zoveel als genotypisch mogelijk is, zoals te zien is in Tabel 11. [Matin en Veldkamp, 19781. Men zou kunnen zeggen dat de 'elasticiteit' van het fenotype in de orde van grootte van 20 % is, tenvijl de genotypische verschillen in de buurt van de 100 % liggen in deze voorbeelden. De gegevens uit Tabel I duiden er dus op dat voor een maximale aanpassing van de S/V verhou-
TABEL I - Oppervlakte/voIume verhoudingen van verschillende spiril- en staafvormige bacteri2n gelclveekt onder substraaflimitatiein de chemostaai lnaar Kuenen et al.. 19771.
Organisme
Groei- Specifieke beperkend groeisnelsubstraat heid (h-1)
Pseudomonas sp.a Spirillurn sp. Pseudonlonas sp.b Spirillum sp. Unidentified rod c Spirillunl sp. Tlziobacillzts thioparus c Thiomicrospira pelophila
lactaat lactaat lactaat lactaat fosfaat fosfaat thiosulfaat thiosulfaat
a Harder & Veldkamp (niet gepubliceerd)
Gemiddelde lengte
(run)
Gemiddelde diameter
oppervlakte volume (pm-l)
2.9 3.5
2.26 2.21
b Matin & Veldkamp (1978)
c Kuenen et al. (19773
Men kan zich voorstellen dat in oligotrofe milieus periodieke, en lokale, fluctuaties voorkomen in substraatconcentraties die een micro-organismein principe in staat stellen een korte periode sue1te groeien. Het gaat er dan om welk organisme het snelst kan reageren op een snelle toename van substraat. Een mooi voorbeeld van dit principe is beschreven door Van Gemerden [1974]. Het ging om twee fototrofe bacterien, d.de kleine Chromatium vinosum en de grote'Chromatium weissei. Beide organismen gebruiken sulfide (i.p.v. water) als electronendonor voor fotosynthese. Het sulfide wordt dan tot sulfaat geoxydeerd via elementaire zwavel dat in de cel kan worden opgeslagen, zie Tabel 111. Het kleine organisme bleek een p-s curve te bezitten die in zijn geheel boven die van de grote lag. Toch komen beide organismen in hetzelfde milieu naast elkaar voor. De verklaring bleek te liggen in een grotere hamstercapaciteit van Chromatium weissei. Ten gevolge van het daglnachtritme hoopt zich 's nachts sulfide op, omdat het whl wordt geproduceerd in het milieu maar niet, of rninder snel wordt geconsumeerd. Wanneer het licht wordt is er gedurende een korte periode een overmaat aan sulfide beschikbaar voor beide Chromatium-soorten. Het blijkt dat de grote Chromatium
het sulfide sneller in intracellulair zwavel kan omzetten dan de kleine soort, zolang er overmaat aan sulfide is. Wameer het sulfide opraakt en groeibeperkend wordt, groeit de Chromatium vinosum sneller, maar de grote kan in die periode 'teren' op de inmiddels opgeslagen zwavel. Aldus ziet men hoe een hamstercapaciteit voordelen kan bezitten in milieus die normaliter voedselarm zijn. Het is trouwens bekend dat 'notoire' oligotrofen ook in staat zijn tot de vorming van allerlei reservestoffen, zoals polyhydroxyboterzuur en polyfosfaat. Een ander punt dat hier a1 even werd aangestipt is dat de snelheid van reactie van het organisme op plotselinge veranderingen van belang kan zijn voor overleving in milieus waarin het substraataanbod fluctueert. Hier komen we nog op terug. TABEL 111 - Szdfideoxydatie door de fototrofe bacterien, Chromatium vinosum (klein) en Chromatium weissei (groof) tijdens fotosynthese. Beide organismen oxyderen sulfide via elementaire zl+avel tot sulfaat. De elementaire nvavel kan tijdelijk in de cel worden opgeslagen als zwavelbolletjes die ook onder bet microscoop zichtbaar zijn. Tijdens de fotosynthese worden de electronen verkregen d t sulfide oxydatie gebruikt voor de reductie van C 0 2 tot celmateriaal of polyglucose. Bij fijdelijke overmaat sulfide hamstert de grote Clzromatium elementaire So sneller dun de kleine. Fotosynthese met Sz- of So als electronendonor: Sz- (So) celmateriaal en polyglucose CO.)>licht Chromatium vinosunt S2- +So (als bolletjes in de cel opgeslagen) Chrornatium weissei snel S2-+ So (als bolletjes in de cel opgeslagen)
+SO4=
snelle groei
+ SO4=
langzame groei
Specialisme versus veelzijdigheid; selectie en coExistentie In een vorige paragraaf werd a1 opgemerkt dat de 'elasticiteit' van het metabolisme maar beperkt is. D.w.z. dat slechts een beperkt aantal eigenschappen in 6611 organisme gecombineerd kumen worden. Dit wordt treffend gedemonstreerd door werk dat mijn medewerkers Gottschal en Beudeker hebben gedaan. [Gottschal, De Vries en Kuenen, 1979; Beudeker, Gottschal en Kuenen, 19821. Het ging hier om de vraag wat de rol zou kunnen zijn in het milieu van z.g. 'veelzijdige' bacterien in de competitie met gespecialiseerde bacterien. De veelzijdige bacterien kunnen een grote diversiteit aan substraten metaboliseren terwijl de 'specialisten' slechts enkele substraten kunnen gebruiken. De gespecialiseerde bacterien groeien echter veel sneller op hun substraat zelfs als het groeibeper-
onderdrukken. Het bleek echter dat simultaan gebruik wkl mogelijk was wanneer de SPECIALIST groeisnelheid van het micro-organisme beperkt werd door lage concentraties van P acetaat en thiosulfaat. Dit is te verklaren omdat dan de intracellulaire concentratie van katabolieten van acetaatmetabolisme laag blijven. Daardoor wordt dan dus het vermogen om thiosulfaat te gebruiken niet verhinderd. Dit geval staat niet alleen want dit verschijnsel is thans voor tal van bacterien en andere mengsels van substraten Afb. 4 - Typische p-s-relatie (zie afb. I ) voor een waargenomen. Aangezien in de meeste specialist en een veelzijdige bacterie die beide o p natuurlijke milieus de koolstof- en energieItetzelfde substraat kunnen groeien. Bacteri2n die sterk gespecialisewd zijn in de omzetting van e m , bronnen beperkend zijn voor de groei is of een beperkt aantal substraten blijken vaak dit een waarnehing die uiterst relevant is sneller o p dit substraat te groeien dun veelzijdige voor het functioneren van rnicro-organisbacterien die een grote diversiteit aan substraten kunnen onzzetten. men in het milieu. In het laboratorium werd simultane groeibeperking van Thiobacillus A2-cultures kend is. Een algemeen beeld hiervan wordt door acetaat en thiosulfaat gerealiseerd in door afb. 4 gegeven. Specialisten en veelzijdige bacterien worden een continucultuur die gevoed werd met een medium dat alle ingredienten voor vaak naast elkaar in CCn milieu aangetrofgroei in zodanige hoeveelheid bevatte dat fen en men kan zich nu afvragen wat het bestaanrecht is van de veelzijdige bacterien. zij ruim voldoende waren voor de groei op acetaat en thiosulfaat tezamen. De vraag Omdat het vooralsnog onmogelijk is dit was nu of de veelzijdige Thiobacillus van soort vragen door meting in het milieu te dit vermogen ook voordeel zou kunnen beantwoorden werd de vraag beantwoord hebben in de competitie met de specialisten. door studie met 3 'model'-bacterien. Deze Hiertoe werden experimenten met mengstaan beschreven in Tabel IV. Het eerste organisme is een zwaveloxyderende specia- cultures uitgevoerd. Onder thiosulfaatlist, de obligaat chemolitho-autotrofe Thio- beperking werden T . neapolitanus en T . A2 tezamen in de continucultuur gekweekt, bacillus neapolitanus. Het organisme gewaarbij de concentratie aan organische bruikt Conals koolstofbron, en verkrijgt verbindingen in de aanvoer stapsgewijs energie voor de groei uit de oxydatie met werden opgevoerd. In afb. 5 staan de zuurstof van sulfide of thiosulfaat. De resultaten van een serie experimenten weertweede specialist is een heterotroof, spiril gegeven. Eerst werden organismen alleen G7, die op acetaat als koolstof- en energiebron kan groeien. Beide specialisten groeien op thiosulfaat gekweekt. Geheel volgens de verwachting werd T . A2 uitgespoeld sneller dan de veelzijdige bacterie Thioomdat de affiniteit van T . neapolitanus bacillus A2, die op beide verbindingen kan voor thiosulfaat groter is dan die van groeien. Zelfs in mengsels van acetaat en T . A2. Interessant was dat in de eventhiosulfaat, bleek Thiobacillus A2 niet sneller te groeien dan de beide specialisten. wichtstoestand T . A2 niet geheel uitgespoeld Dat was tenrninste het geval zolang acetaat was maar zich op 5-10 % van de totale populatie kon handhaven. Dit kwam omdat en thiosulfaat in overmaat beschikbaar de specialist glycollaat uitscheidt dat niet waren. Thiobacillus A2 vertoonde dan het door deze z&lfmaar we1 door T. A2 verschijnsel van diauxie. D.w.z. eerst gebruikt de bacterie het ene substraat (acetaat) gebruikt kan worden. Aldus kon T . A2 blijven 'hangen'. Werd nu een organische en daarna het andere (thiosulfaat). Men verbinding, bijv. acetaat of glycollaat, aan verklaart dit meestal door de z.g. katabohet ingepompte medium toegevoegd, dan lietrepressievan enzymen. Dit houdt in dat nam de concentratie aan T . A2 toe omdat acetaat of zijn produkten (katabolieten) de de specialist geen organische stoffen kan enzymen voor het gebruik van thiosulfaat TABEL IV - Maximale specifieke groeisnelheid van twee specialisten (Thiobacillus neapolitanus, Spirillum G7) en een veelzijdige bacterie (Thiobadus A2) o p thiosulfaat enlof acetaat [naar Kuenen, 19801.
Organisme T . neapolitanus T . A2 S~irillurnG7
Thiosulfaat (+ '332) ~c,,
(h-l)
0.35 0.10 neen nroei
Energie enlof koolstofbromen Thiosulfaat en Acetaat (+ COz) acetaat (+ COz) pmsX (h-l) pmaX (h-l) geen groei 0.22 0.43
1
zwavelverbindingen uitzonderlijk relevant is voor oligotrofe milieus of zelfs drinkwater, maar omdat het een van de weinige voorbeelden is waarin men de relatie tussen de fysiologie van een organisme en zijn oecologische niche (c.q. competitief voordeel) heeft bestudeerd. ECn van de principes van selectie is hiermee duidelijk gedemonstreerd. Tegelijkertijd geven de experimenten aan dat juist coi;xistentie tussen micro-organismen, c.q. Thiobacillus A2 en T . neapolitanus, mogelijk is bij bepaalde verhoudingen van twee mengsubstraten. D e aanwezigheid van meer dan een substraat kan dus helpen verklaren waarom zich een grote diversiteit van micro-organismen in een oecosysteem kan 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 handhaven. Aan de hand van mathemaglycolaat of acetaat (mmol/l) tische modellen kan men aantonen dat het maximale aantal coexisterende microA f b . 5 - Conlpetitie on1 groeibeperkende concenorganismen nooit groter kan zijn dan het traties thiosulfaat ttrssert een specialist (Thioaantal beschikbare groeibeperkende subbacilltts neapolitanus) en een veelzijdige bacterie straten. Deze theorie gaat ervan uit dat er (Tl~iobacillusA2) in de chenlostaat of continuctrltuzrr. He! percentage van de beide organisnzen allCCn competitie om de groeibeperkende in de i~lengcultlruris zritgezet nls flrnctie van substraten plaatsvindt. [Kuenen, 19811. opkliiit~nendecorlcenhaties acetaat op glycollaat Indien andere interacties optreden gaat dit in het ingevoerde rnedirrnt. Dit ~~tediunt bevatre niet op en kan de diversiteit nog groter eeil vaste concentratie thiosulfaat. De gegeven percentages treft Inen aan IcJanneer dch eerl zijn. Een voorbeeld is de uitscheiding door dy~zar~~isch eve~nviclzt('steady state') lteeft ingesfeld. een bacterie van een nieuw substraat, zoals I11 de steady state-crtlt~rurzijn de concentraties glycollaatexcretie door T. neapolitanus Iran de groeibeperkende thioszrlfaat + organiscke (afb. 5). ~~erbindizzg oi~r~zeetbaar hag. (Zie ook tabel IV). [Nam Gottscltal et nl., 19791. Men moet venvachten dat in de meeste oligotrofe milieus een grote diversiteit aan substraten voorkomt die alle met lage snelgebruiken. Daardoor kan de veelzijdige heden worden omgezet. In zo'n situatie zal bacterie (simultaan) steeds meer van de beschikbare thiosulfaat consumeren. Als de op grond van de hier gegeven theoretische ovenvegingen ook een grote diversiteit aan concentratie organische stof t.av, de thioorganismen kunnen coexisteren. Tegelijkersulfaat hoog genoeg was gemaakt bleek de tijd moet men verwachten dat in dergelijke veelzijdige bacterie uiteindelijk alle thiomilieus de veelzijdige bacterien zullen sulfaat te kunnen claimen met als resultaat dat T . neapolitanus uitspoelde. Een analoog overheersen. experiment met Thiobacillus A2 en de specialist-heterotroof leverde een vergelijkWeactiviteit versus flexibiliteit baar resultaat. Uit deze experimenten blijkt Bij de studie van de specialisten en veeldus duidelijk het voordeel van een orgazijdige bacterien was geopperd dat een nisme dat in staat is mengsels van vertweede voordeel voor veelzijdige bacterien bindingen (simultaan) te gebruiken. D e zou kunnen liggen in hun vermogen te algemene geldigheid van dit principe is ininiddels door andere auteurs bevestigd en blijven groeien bij alternerend aanbod van twee substraten. Onder dergelijke condities bleek ook uit het feit dat facultatief zouden specialisten onderworpen zijn aan chemolithotrofe bacterien uit natuurlijk entmateriaal kunnen worden opgehoopt met een regime van groeien en hongeren. De hypothese werd onderzocht door een aantal behulp van een continucultuur die gevoed experimenten met de eerder genoemde werd met mengsels van acetaat en thio'model' bacterien, waarbij bleek dat deze sulfaat. [Gottschal en Kuenen, 19801. veronderstelling we1 juist was, maar niet De huidige hypothese is dat specialisten in in zijn algemeenheid. Bij kortstondige de natuur een voordeel hebben wanneer de fluctuaties werden de veelzijdige bacterien turn-over snelheid van CCn bepaald subdominant maar zodra afwisselende periodes straat hoog is t.0.v. andere substraten, langer dan enkele uren duurden bleek de terwijl veelzijdigen juist in het voordeel veelzijdige bacterie zich niet te kunnen zijn wanneer meerdere substraten met verhandhaven. Zo werd Thiobacillus A2 bij gelijkbare snelheid kunnen worden omaanbod van 4 uur acetaat en 4 uur thiogezet. sulfaat door een mengsel van de beide Het hierboven beschreven werk is aangespecialisten uit de continucultuur verhaald, niet zozeer omdat de oxydatie van p e r e n t a p van t o t a l e aantal cellen
drongen. [Gottschal, Nanninga en Kuenen, 19811. De oorzaak hiervan bleek te liggen in het feit dat T . A2 in de acetaatperiode zoveel van zijn vermogen om thiosulfaat te gebruiken onderdrukte (represseerde) dat het organisme onvoldoende thiosulfaatoxydatiecapaciteit bezat bij intrede van de thiosulfaatperiode. T . neapolitanus had daarentegen tijdens de honger-(acetaat)periode weinig van zijn, constitutieve, oxydatiecapaciteit verloren. De specialist was daardoor in staat meteen snel te groeien en aldus T. A2 in de thiosulfaatperiode weg te concurreren. Op analoge wijze had de veelzijdige bacterie tijdens de acetaatperiode geen kans t.0.v. de acetaatspecialist. [Beudeker, Gottschal en ICuenen, 19821. Het algemene principe dat hier dus naar voren komt is dat de 'reactiviteit' van een bacterie van groot belang kan zijn voor zijn overlevingskansen. Deze reactiviteit is dus het vermogen om momentaan een substraat met hoge snelheid om te zetten. Deze wordt bepaald door de onrniddellijke beschikbare enzymcapaciteit. Wil een enzym onder alle omstandigheden beschikbaar zijn dan moet het constitutief en niet induceerbaar zijn. Het is duidelijk dat juist deze eigenschap van groot belang zal zijn voor oligotrofen. Samengevat moet men dus venvachten dat dit soort organismen over het algemeen constitutieve enzymen bezitten voor hun koolstof- en energiebronnen. I n het voorafgaande is duidelijk geworden dat de prijs die moet worden betaald voor efficiente groei op mengsubstraten, ligt in een geringere reactiviteit. Als we de 'ideale' oligotroof zouden willen uitrusten met zowkl een hoge reactiviteit als het vermogen tot mengsubstraat gebruik, dan zal dit een compromis moeten zijn, omdat steeds weer blijkt dat men slechts een beperkt aantal gunstige eigenschappen in C6n organisme kan verenigen. Aanhechting aau vaste substraten Tot nu toe is de aandacht gericht geweest op organismen die op een of andere wijze zich hebben aangepast aan groei bij zeer lage substraatconcentratie. Een heel ander mechanisme dat zich richt op overleving ondanls het oligotrofe milieu zijn z.g. ontsnappingsmechanismen. Dow en Whittenbury [I9801 hebben een aantal organismen onderzocht en beschreven, die in staat zijn om bij optredende zeer lage nutrientconcentraties beweeglijke cellen te produceren die milieus kunnen opzoeken die rijker zijn aan substraten. Een andere aanpassing die juist ook in oligotrofe milieus worden waargenomen is de aanhechting van micro-organismen aan vaste ondergrond. Het evidente voordeel van een dergelijke strategie is dat het
Voorkomen en betekenis van dierlijke organismen
1. Inleiding Het voorkomen van dierlijke organismen in drinkwater is een verschijnsel dat ongetwijfeld reeds bestond toen er nog geen openbare nutsvoorzieningen waren. De aanwezigheid van dierlijke organismen in schoon water en derhalve ook in leidingwater is alleszins natuurlijk wanneer men zich realiseert dat ook leidingwater veelal nog zoveel voedingsstoffen bevat dat daarin bacterien en andere organismen kunnen groeien. De eerste meldingen betreffen die organismen of delen ervan die met het
Om infecties te beperken adviseert de commissie om a. de van de fabriek aangevoerde leidingen aan de uiteinden af te dichten of b. een viertal andere maatregelen te nemen, nl.: - de materialen zo laat mogelijk langs de
sleuf te leggen; - te zorgen dat er geen grond in de
leidingen komt; - het uiteinde van de leiding in de sleuf
steeds 'af te stoppen' en de buis schoon te wissen;
- het grondwater onder de leiding weg te pompen.
blote oog waarneembaar zijn. Zo zijn bijv. vanaf 1923 waterpissebedden (Asellus aquaticus) aangetroffen in het Amsterdamse waterleidingnet [I]. Dat deze en volgende waarnemingen desondanks met zorg werden beschouwd, bewijst we1 het feit dat de voorzitter van de 'Vereeniging voor Waterleidingsbelangen' op 26 maart 1942 de Biologische Studiecornmissie (BSC) installeert. De commissie, onder voorzitterschap van dr. L. H. Louwe Kooijmans, begint haar onderzoek met de volgende punten [2]: 'le. na te gaan, onder welke omstandigheden organismen in waterleidingen plegen voor te komen en welke in het algemeen de mogelijkheden zijn, waardoor infectie kan plaatshebben;
2e. na te gaan, welke omstandigheden de ontwikkeling van organismen a1 dan niet bevorderen;
Leidingen, die zwaar besmet zijn met organismen, worden door krachtig spuien met water gereinigd, zonodig mede door toepassing van hoge doses chloor of kleine doses pyrethrine. Het laatste is reeds in zeer lage concentraties dodelijk voor de waterpissebed (&nvoor vis). De in 1962 opnieuw door het KIWA ingestelde Biologische Studiecommissie rapporteert in 1964 over 'Wormen en andere dierlijke organismen in drinkwater' [7]. Zij doet op grond van verricht onderzoek een viertal aanbevelingen, zijnde:
De Werkgroep Plankton en Macro-evertebraten * van de Commissie Biologie van het KIWA, die op 12 juni 1980 haar eerste vergadering hield, heeft zich tot taak gesteld hiernaar en naar aanverwante zaken onderzoek te doen gedurende de periode 19811983 en daarover tezijnertijd te rapporteren. Het onderzoekprogramrna is verwoord in stuknr. R-PM 81-2: 'Kwantificering van fyto- en zooplankton en van macro-evertebraten in water bij winning, zuivering en distributie' [8]. Het onderzoek heeft tot doe1 te komen tot het formuleren van randvoorwaarden voor de ruwwaterkwaliteit. voor zuiveringssystemen, voor het leidingnetontwerp en voor de op exploitatie gerichte maatregelen ter beperking van de biologische activiteit van drinkwater tot aan de tapkraan. Diverse bedrijven waaronder de Gemeentewaterleidingen Amsterdam, de Duinwaterleiding van 's-Gravenhage, de Drinkwaterleiding Rotterdam, het Gemeentelijk Energiebedrijf van Dordrecht en het Provinciaal Waterleidingbedrijf van Noord-Holland hebben in de voorgaande jaren reeds onderzoek uitgevoerd. Onderstaand zullen enkele bevindingen van genoemde bedrijven worden samengevat.
- intensieve zuivering teneinde het gehalte
2. Methoden van onderzoek
aan assimileerbare organische stof zo laag mogelijk te maken;
Monsters ruw water, ten dele gezuiverd of rein water worden gefiltreerd over nylongaas met een maaswijdte van ca. 30 micron. Afhankelijk van het aantal te verwachten organismen wordt 0.001 m3 (1 liter) tot 10 m3 in behandeling genomen. Voor IJsselmeerwater bv. volstaat 1 liter, voor gezuiverd grondwater is 1 B 10 m3 water nodig om tot een aantal van 100 ii 1000 organismen te komen. Grote hoeveelheden water worden 'aan de kraan' gefiltreerd.
- zorgvuldig toezicht bij de aanleg en
reparatie van leidingen om infectie vanuit grond- en oppervlaktewater te beperken; - controle van aansluitingen op indringen
van vreemde stoffen of vreemd water; - een systematisch spuiprogramrna.
Min of meer recentelijk waargenomen zware infecties betreffen de borstelwormen Aeolosoma en Nais in het net van de Drinkwaterleiding Rotterdam (1964) en de waterpissebed Asellus aqrtaticzts in het waterleidingnet van Lekkerkerk (1981). De eerstgenoemde besmetting werd bestreden met een continue dosering van 1.5-2 p.p.m. chlooramine gedurende 6 maanden, gevolgd door een dosering van 1 p.p.m. gedurende twee jaar.
Drinkwatermonsters uit het leidingnet worden bf via een opzet op een brandkraan bemonsterd bf via tapkranen in percelen. In het eerste geval worden meestal spuisnelheden toegepast in de orde van 0,5 en 1,5 m/s, in het tweede geval wordt onder de heersende stroomsnelheden bemonsterd. In 1943 reeds verschijnen twee 'MededeeOm een indruk te krijgen van het aantal lingen' van de Biologische Studiecommissie; kleine organismen, zoals raderdieren, draadde eerste handelt over het nemen en bewormen, watervlooien en roeipootkreef ten werken van monsters voor biologisch onder(het zogenaamde plankton), wordt 0,l ii zoek [3], de tweede over het desinfecteren Het blijkt a1 met a1 dat bestrijding van 1 m3 water gefiltreerd over gaas met een van leidingnetten en maatregelen ter beorganismen in drinkwater sinds jaren de maaswijdte van ca. 30 micron. Het aantal strijding van infecties van biologische aard nodige aandacht heeft gekregen. Enkele [4]. In 1944 verschijnt Mededeeling 111: vraagpunten zijn nog niet beantwoord. Deze grotere organismen zoals pissebedden en slakjes (de zogenaamde macro-evertebraten) 'Het verdwijnen van zuurstof uit het water betreffen onder meer inzicht in doorslag wordt vastgesteld door 5 B 10 m3 water te in het leidingnet' [5] en in 1946 Mededee(penetratie) van dierlijke organismen door ling IV: 'Biologie en mogelijke bestrijdings- de zuivering in relatie tot verschillende wijze van enkele wormachtige organismen, procesfactoren zoals ternperatuur, filtratie* ongewervelde organismen, 2 B 20 mrn groot; voorkomende in waterleidingnetten' [6]. snelheid, e.a. m.n. pissebedden, slakjes. 3e. te trachten middelen te vinden en voorschriften samen te stellen, waardoor infectie met en ontwikkeling van organismen zoveel mogelijk kan worden voorkomen.' (einde citaat).
filtreren over metaalgaas met een maaswijdte van ca. 0,5 mm. Opgemerkt moet worden dat heel erg kleine raderdieren en draadwormen het fijne gaas kunnen passeren: van deze groepen wordt derhalve niet het totale bestand gemeten. Jonge pissebedden zijn in staat het grove gaas met een maaswijdte van 0,5 mm te passeren. Met het fijne gaas worden we1 alle pissebedden afgevangen. Een meer gedetailleerde beschrijving van de wijze van bemonstering en monsterverwerking is gegeven in de notitie: 'Monsterneming en onderzoekmethodenvoor de kwantificering van fyto- en zooplankton en van macro-evertebraten in water bij winning, zuivering en distributie' 181. De gegevens die hierna aan de orde komen zijn overigens niet alle verkregen op de wijze zoals beschreven in laatstgenoemd stuk.
3. Invloed van de zuivering op het organismenbestand In enkele van de voornoemde publicaties is reeds gewag gemaakt van het feit dat vele soorten organismen in staat zijn zandfilters en desinfectie met 0,5 k 1 mg/l chloor levend te passeren. Een evaluatie van andere zuiveringstrappen zoals toepassing van microzeven, ozonisatie, overchloring, coagulatie en sedimentatie en koolfiltratie heeft in veel mindere mate plaatsgevonden. Evins en Greaves [9] hebben gedurende een periode van ca. 10 jaar 19 bedrijven, verspreid over geheel Engeland, onderzocht. Daarbij werden 2 bedrijven maandelijks onderzocht gedurende een jaar, de overige bedrijven werden slechts 6611 tot enkele malen bemonsterd. Hun bevindingen zullen worden ingebracht bij de successievelijk te bespreken procestrappen.
3.1. Ruw water Het aantal organismen in ruw water is in sterke mate afhankelijk van de bron. In tabel I wordt een globale indruk gegeven van de hoeveelheden organismen die in diverse soorten ruw water kunnen worden aangetroffen. TABEL I
-
-
TABEL I1 Percentage verwijdering van organistnen door nlicrozeven, bespannen ?net gaas met een tnaaswijdte van 35 nzicron. Groep van organismen raderdieren draadwormen watervlooien roeipootkreeften nauplii wimperdiertjes amoeben
Percentage verwijdering 80 0 85 70 85 80
25
Hierbij en bij alle volgende gegevens moet vermeld worden dat deze slechts indicatief zijn; uitschieters tot een tienvoud naar boven zijn geen uitzondering ! Het is duidelijk, dat grondwater en geinfiltreerd water, mits gewonnen via een gesloten systeem, beduidend minder organismen bevatten dan water, dat als oppervlaktewater wordt aangeduid. Matig voedselrijk water, bijv. uit de Waterleidingplas, bevat minder organismen dan het meer voedselrijke water uit het IJsselmeer. Aantal en soort organismen in oppervlaktewater zijn in sterke mate seizoensafhankelijk: 's zomers worden veelal meer organismen waargenomen dan 's winters. Groepen van organismen evenwel die door zgn. 'rovers' gegeten worden, plegen 's winters in grotere getale voor te komen.
3.2. Toepassing van microzeven Het Provinciaal Waterleidingbedrijf van Noord-Holland past op zijn pompstation te Andijk microzeven toe op het ruwe water. In tabel I1 wordt aangegeven we& percentage van de organismen gemiddeld wordt verwijderd. De maaswijdte van het gaas bedraagt 35 micron. Het percentage verwijdering heeft betrekking op die organismen die groter zijn dan ca. 30 micron. Irnmers, de watermonsters, genomen v6Q en nzi de microzeven, zijn geconcentreerd over gaas met die maaswijdte van 30 micron. Dit betekent dat de allerkleinste organismen niet in de vergelijking zijn meegenomen.
Globule aantallen dierlijke organismen in 1 nz3 ruw water.
grondwater
Organismengroep raderdieren draadwormen watervlooien roeipootkreeften nauplii wimperdiertjes amoeben
Laren
Ruwwaterbron oppervlaktewater oppervlaktewater na spaarbekken na infiltratie gesloten open Waterwinning leidingplas IJsselwi~ing te Loenen meer Heemskerk Leiduin
Met behulp van rnicrozeven blijken grote aantallen organismen afgevangen te kunnen worden. Enkele van de doorgelaten organismen zijn overigens zowel in de lengte als in de breedte groter dan 35 micron, de maaswijdte van het gaas van de microzeven. Het blijkt dat het systeem enigszins 'lekt'. Gegevens uit Engeland [9] wijzen op hogere verwijderingspercentages. De monsters zijn evenwel gecontreerd over gaas met een maaswijdte van 84 micron. Het behoeft geen betoog dat het niet zinvol is de werking van microzeven, bespannen met gaas met een maaswijdte van 35 micron, op een dergelijke wijze te beoordelen !
3.3. Overchloring * Over het effect van overchloring als zodanig zijn geen praktijkgegevens beschikbaar. Ervaringen bij het PWN en in Engeland [9] wijzen erop dat een chloordosering in de orde van 5-10 mg/l een goede verwijdering van hogere organismen door de combinatie van coagulatie, sedimentatie en snelfiltratie weliswaar niet garandeert, maar in het algemeen we1 bevordert. Het effect lijkt te moeten worden toegeschreven aan een tijdelijke verdoving door chloor, waardoor de organismen inactief zijn geworden en daardoor beter door de vlokken worden ingesloten. 3.4. Ozonisatie Ozon als zodanig blijkt in de bij waterzuivering gebruikelijke concentraties van 1-4 mg/l op de meeste organismen geen invloed te hebben. De combinatie van coagulatie/sedimentatie, gevolgd door ozonisatie, lijkt we1 effectief, getuige ervaringen bij de DWL Rtterdam. Het staat echter niet vast of dit alleen het effect is van coagulatie/sedimentatie of van de combinatie met ozon. De indruk bestaat dat ozon nagroeibevorderende eigenschappen heeft, die onder meer tot uiting komen door de toename van wormachtigen (raderdieren, draadwormen en borstelwormen) in de eerstvolgende filtratiefase (zie tabel 111, tweede en derde kolom). De nagroei moet waarschijnlijk worden toegeschreven aan een verhoging van het assimileerbare organische koolstofgehalte (a.0.c.) ten gevolge van oxydatie van grote organische moleculen door ozon. Het gevolg hiervan is toename van het aantal bacterien welke weer als voedsel kunnen dienen voor verschillende hogere organismen. Toepas-
* Toevoeging van zoveel chloor dat na oxydatie van ammoniak en andere stoffen vrij chloor overblijft.
-
TABEL 111 Percentage venvijdering van organismen door coagulatie en sedimentatie in conlbinatie ?net ozon, dubbellaagsfiltratie, snelfiltratie en chloor.
Organismengroep
wagulatie sedimentatie ozonisatie Kralingen
Globaal verwijderingspercentage wagulatie sedimentatie ozonisatie ozonisatie coagulatie dubbellaagssedimentatie filtratie snelfiltratie Kralingen Weesperkarspel
Gemiddeld verwijderingspercentage
overchloring wagulatie sedimentatie snelfilkitie Andijk Organismengrow
raderdieren draadwormen borstelwonnen watervlooien roeipootkreeften nauplii wimperdiertjes amoeben
variabel. Filters van pompstation Leiduin bijv. geven in 1979 naast perioden van retentie ook perioden van toename te zien; in 1980 overheerst echter de retentie. De snelfilters van pompstation Scheveningen vertonen overwegend toename van rader3.5. Coagulatie en sedimentatie dieren, borstelwormen, muggelarven en Van geen van de Nederlandse produktieschaalamoeben. Watervlooien worden goed bedrijven zijn gegevens beschikbaar betrefafgevangen; roeipootkreeften en nauplii fende het effect van coagulatie/sedimenworden nu eens tegengehouden, dan weer tatie als zodanig op hogere organismen. vertonen ze toename in de filters. In tabel Gegevens, die we1 beschikbaar zijn, betreffen combinaties van coagulatie en sedimen- N wordt voor de groepen, die het meest talrijk zijn vertegenwoordigd, het globde tatie met ozonisatie, overchloring en/of verwijderingspercentage op basis van de snelfiltratie of dubbellaagsfiltratie.In tabel gerniddeldenvan1979en1980aangegeven. I11 wordt het globale rendement van Geconcludeerd mag worden dat snelfiltratie diverse combinaties aangegeven. allesbehalve een betrouwbare zuiveringstrap is met betrekking tot retentie van dierlijke De diverse combinaties blijken in grote organismen. Ervaringen elders [lo] hebben lijnen een goede retentie voor dierlijke geleerd dat met name beweeglijke soorten organismen te hebben. In enkele gevallen slecht worden tegengehouden. moet een uitzondering worden gemaakt Voorts is vastgesteld dat bepaalde kreeftvoor draadwormen, borstelwormen en achtigen zoals Daphnia en Cyclops zelf we1 amoeben. Metingen bij Engelse bedrijven [9] door filtratie kunnen worden afgevangen, leren dat door coagulatie/sedimentatie in maar dat hun eieren door de filters heen het algemeen organismen slechts matig uit kunnen dringen. De indruk bestaat dat het ruwe water worden verwijderd. hoewel meer doorslag van organismen optreedt er onderlinge verschillen bestaan. naarmate de periode tussen twee spoelingen In enkele installaties worden organismen effectief verwijderd, in andere vindt toename groter is. plaats tijdens coagulatie/sedimentatie. Het 3.7. Langzame zandfiltratie blijkt dat bijv. vrijzwemmende (planktoMet behulp van langzame zandfilters kan nische) kreeftachtigen beter verwijderd een aantal groepen van organismen effectief worden dan vormen, die op vast materiad wofden afgevangen. rondkruipen (zgn. benthische organismen).
sing van chloor leidt overigens eveneens tot verhoging van het a.0.c.-gehalte. Van der Kooy [14] heeft een methode ontwikkeld om het a.0.c.-gehalte te meten.
3.6. Snelfiltratie In produktiebedrijven, die coagulatie/sedimentatie toepassen, is het effect van snelfiltratie als zodanig op het organismenbestand niet gemeten. Het niet gefiltreerde water bevat nl. zoveel vlokdeeltjes dat het moeilijk is een representatieve hoeveelheid water te onderzoeken.
TABEL V - Geiniddelde procentuele venvijdering van organisnlen door de langzame zandfilters van Leiduin, Weesperkarspel en Scheveningen in 1979 en 1980.
-
TABEL I V Gemiddelde procentuele venvijden'ng van organismen door de snelfilters van Leiduin en Scheveningen in 1979 en 1980.
Organismengroep
raderdieren draadwormen horstelwormen Bedrijven, die gekfiltreerd water verwerken, wate~looien beschikken we1 over gegevens met betrekroeipootkreeften nauplii king tot de retentie van organismen door snelfilters. De invloed van snelfilters is zeer schaalamoeben
raderdieren draadwormen borstelwormen watervlooien roeipootkreeften nauplii wimperdiertjes amoeben
Enkele groepen laten zich ook door langzame zandfilters slecht verwijderen, te weten de kleine beweeglijke draadwormen en bepaalde roeipootkreeften (nl.de harpactiden). Een en ander blijkt uit tabel V, waarin de gemiddelde verwijderingspercentages over 1979 en 1980 voor enkele bedrijven zijn weergegeven. Bij de DWL van 's-Gravenhage is aangetoond dat recentelijk in bedrijf genomen langzame filters een slechter beeld vertonen dan filters die a1 geruime tijd lopen. Ook de langzame zandfilters van het bedrijf Weesperkarspel blijken sedert de inbedrijfname in 1976 steeds beter te functioneren. Gegevens uit Engeland [9] daarentegen wijzen op het tegendeel. Dit moet verklaard worden uit een andere bedrijfsvoering, zoals hogere filtratiesnelheden,geringere beddiepte, andere wijze van schoonmaken. Uit datzelfde Engelse onderzoek is verder gebleken dat: - zowel voor snelfilters als voor langzame
zandfilters geldt dat larven en eieren slechter worden tegengehouden dan volwassen organismen; - de bovenste zandlaag aanzienlijk meer
organismen bevat dan de onderste zandlagen; - draadwormen ook onderin de filters in grote getale worden aangetroffen; - in het filtraat de benthische soorten
relatief sterk zijn vertegenwoordigd. Dit betreft bijv. soorten van buikharigen, borstelwormen en harpactiden.
Gerniddeld verwijderingspercentage snelfilters snelfiiters Leiduin Scheveningen 3.8. Koolfiltratie 75 - 150 Het PWN en de DWL Rotterdam beschik60 85 ken op hun respectievelijke pompstations 95 Andijk en Kralingen over koolfilters. 90 90 In koolfilters vindt meestal meer toename 95 - 300 85 - 400 van organismen plaats dan retentie, getuige 85 - 50 de gegevens in tabel VI.
TABEL VI - Verhouding tussen aantallen organis~trenin effluent en influent van koolfilters. Organismengrow
aantal effluent: aantal influent koolfilters koolfilters Andijk Kralingen
*2
-
Organisrnengroep
grondwater
Aard voedimgwater oppervlaktewater na infiltratie
oppervlaktewater na spaarbekken
raderdieren draadwonnen borstelwormen watervlooien roeipootkreeften nauplii watennijten schaalamoeben
raderdieren draadwormen borstelwormen watervlooien rosipootkreeften nauplii schaalarnoeben beerdiertjes
*1
TABEL VIII - Voorbeelden van aantallen organismen in 1 ma leidingwater, bernonsterd via een brandkraan nzet spuisnelheid 0.2 0,5 mls.
1 per rn3 influent. 3 per m3 influent.
Het blijkt dat rein water allerminst vrij van - leidingbreuk; organismen is. - onzorgvuldigheid bij leidingaanleg. Toename van organismen in koolfilters kan Zoals tabel VII illustreert worden met het worden toegeschreven aan de aanwezigheid reine water grote aantallen organismen in van grote hoeveelheden bacterien, welke als het leidingnet ge'introduceerd. Of deze orga- De dichtheid van de populatie is volgens en Greaves afhankelijk van een voedsel dienen. De sterke bacterietoename nismen zich daar zullen handhaven of zich factoren, te weten: kan plaatsvinden door het hoge aanbod van mogelijk zelfs zullen vermeerderen, hangt 1. aanvoer via zuivering en reservoirs; voedingsstoffen. Zwaagstra [IS] heeft eerder af van een aantal factoren, die in de gerapporteerd over sterke toename van volgende paragraaf worden besproken. 2. aanvoer van voedsel in de vorm van bepaalde groepen van organismen in koolzwevend en opgelost organisch materiaal filters. Toename is in sterke mate tempe4. Oreanismen in het distributienet dat eventueel door micro-organismenberatuurafhankelijk gebleken. schikbaar wordt gemaakt; Zoals in de inleiding werd vermeld krijgen Het PWN past na de koolfiltratie zoge3. de mogelijkheden van aanpassing aan de organismen in drinkwater reeds jarenlang naamde 'reinwater'-rnicrozeven toe (gaas nieuwe omgeving; de nodige aandacht. In mededeling no. 5 met een maaswijdte van 20 micron) om te van de Biologische Studiecornmissievan het 4. de mogelijkheden van vermeerdering. voorkomen dat het leidingnet gevoed wordt KIWA (1964) [7] en ook in 'Biologie van met grote aantallen organismen. het leidingnet' van de hand van Louwe In een uitgebreide tabel geven zij per groep Deze 'reinwater'-rnicrozeven verwijderen Kooijmans (1966) [lo] wordt uitgebreid in- van organismen een aantal kenmerken zoals 90-99 % van de organismen, met uitzonde- gegaan op de oorzaken van infectie, de maximum afmeting, dichtheid, mogelijkheid ring van de raderdieren en draadwormen, mogelijkheden van instandhouding en even- van vermeerdering in het net, omvang van die voor 20-80 % worden tegengehouden. tuele toename van dierlijke organismen. broedsel en voedingswijze. Raderdieren bijv. Ook wordt in deze artikelen ingegaan op vermeerderen zich volgens hen waarschijn3.9. Rein water de maatregelen die genomen kunnen worden lijk niet in het net, in tegenstelling tot onder Door het geheel van procestrappen, waarbij om de aantallen organismen in het drinkmeer draadwormen, borstelwormen, enkele het ruwe water zodanig wordt gezuiverd water tot een minimum te beperken. watervlooien (Alona spp.), roeipootkreeften dat het uiteindelijke produkt (het reine en slakken. ~etritus-e&szijn in het voorInfecties van het leidingnet kunnen op water) voldoet aan wettelijke eisen van deel, maar zogenaamde filter-feeders en chemische en bacteriologische aard, worden velerlei wijzen worden teweeggebracht. herbivoren kunnen overgaan tot detritus als tevens organismen in grote mate verwijderd. bron van voeding. Enkele oorzaken zijn: In tabel VII worden enkele voorbeelden gegeven van de gemiddelde samenstelling Het bestand aan organismen in het drink- aanvoer van organismen via de van rein water met betrekking tot dierlijke zuivering; water van enkele Noord- en Zuid-Hollandse organismen. Ten overvloede zij nogmaals waterleidingbedrijven is op twee manieren - scheuren en openingen in leidingen, vermeld dat uitschieters voorkomen die bepaald. Ten eerste door bemonstering met reservoirs, enz.; meer dan het tienvoudige kunnen bedragen, behulp van een opzet op een brandkraan - ventilatie-openingen; met name in rein waterdat is bereid uit bij een spuisnelheid van 0,2 - 2 m/s. Hierbij oppervlaktewater. - verkeerd gebruik van brandkranen; ! wordt een redelijke indruk verkregen van het totale bestand aan organismen in het TABEL VII - Globale aantallen organismen per m3 in diverse soorten rein water. net. Ten tweede door bemonstering via een tapkraan bij de heersende stroomsnelheid Aantal in rein water (meestal enkele cmls). Deze methode geeft bereid uit bereid uit oppervlaktewater bereid uit oppemlakte een goede indruk van hetgeen de consument grondwater na infiltratie water na spaarbekken gesloten deels open geheel open in het water kan aantreffen.
-
Organismengroep raderdieren draadwormen borstelwormen watervlooien roeipootkreeften nauplii schaalamoeben
Laren
winning winning winniig Bergen Scheveningen Leiduin
Kralingen
Andijk
Enkele representatieve voorbeelden van aantallen organismen in monsters welke met behulp van een opzet op een brandkraan zijn getrokken, zijn weergegeven in tabel VIII. De aantallen organismen die in perceelmonsters worden aangetroffen zijn veelal
TABEL IX
- Voorbeelden van aantallen organismen in 1 tn3 dritllclvater, benlonsterd aan de tapkraan. grondwater
Aard voedingwater oppervlaktewater
oppervlaktewater na spaarbekken
raderdieren draadwormen borstelwormen watervlooien roeipootkreeften nauplii watermijten schaalamoeben
zwevende bestanddelen optreden. Bacterien zullen zich vermeerderen op de voedselvoorraad en aldaar een slijmlaag vormen waaraan ook opgeloste voedingsstoffen adsorberen. Op deze wijze kunnen ook deze opgeloste voedingsstoffen toegankelijk gemaakt worden voor dierlijke organismen. De auteurs pleiten dan ook voor een zodanige conditionering van het aangevoerde water, dat dit zo weinig mogelijk assimileerbare organische stof bevat.
Inzicht in het gedrag van organismen in leidingwater, in hun voedingswijze, hun (0n)mogelijkheden van vermeerdering en dergelijke leidt vrij eenvoudig tot het formuleren van nog andere maatregelen die Klachten van biologische oorsprong kunnen moeten voorkomen dat m a r e infecties optreden. Enkele van die maatregelen zijn in daarnaast betrekking hebben op water, dat het vorenstaande reeds zijdelings genoemd. vies gekleurd is door schalen van waterOnderzoek bij de DFM, van 's-Gravenhage, vlooien, die gekleurd zijn door ijzer, of door De literatuur [ l o , 12, 131 noemt er vele, uitgevoerd aan tapkraanmonsters en brand- uitwerpselen van pissebedden. waarvan hier enige gememoreerd worden: kraanmonsters genomen uit dezelf de leiding, Klachten over lage waterdruk of het geheel a. overdekken en periodiek schoonmaken leert dat raderdieren in nagenoeg even wegvallen daarvan kunnen zijn veroorzaakt van kelders en torens; aanbrengen van fijngrote aantallen voorkomen in tapkraan- en mazig gaas in ventilatie-openingen; door verstopping van het zeefje van waterbrandkraanmonsters. Volwassen roeipootmeters door dode pissebedden of slakkeb. ophef fen van kruisverbindingen; kreeften, nauplii en draadwormen blijven huisjes. in meerderheid in het net achter (resp. ca. c. afdichten van leidingen af fabriek; Smaak- en reukklachten kunnen zijn ver90,80 en 90 96); mijten en schaalamoeben schoonwissen van gelegde buizen; desinzaakt door afbraak van dode organismen worden nauwelijks via de dienstleidingen door bacterien, schimmels en actinomyceten. fecteren van nieuwe leidingen; afgevoerd. Dit gegeven duidt erop dat het bestand aan Dierlijke organismen zijn derhalve esthetisch d. dode einden zoveel mogelijk beperken of anders geregeld spuien; organismen, dat in het net aanwezig is, niet bezwaarlijk: slechts het gevolg is van vermeerdering de afnemer ban de organismen zelf of delen e. zorgvuldig dimensioneren van leidingen, maar ook van ophoping, met name daar ervan opmerken en hij kan reuk- en smaak- mede met het oog op mogelijke verslechtering van de waterkwaliteit ten gevolge van waar de afvoersnelheid gering is. stoffen waarnemen, die vrijkomen bij aflange verblijftijden; braakprocessen. Een weliswaar niet geforOrganismen, die zich in het losse sediment maliseerde maar we1 geaccepteerde norm f. en last but not least: systematisch en ophouden, en grotere organismen als pisse[12] is dat bovenvermelde waarnemingen niet doeltreffend spuien. bedden en slakjes, die zich aan de buiswand mogen plaatsvinden. Dit is onder meer te vasthouden, worden met een spuisnelheid realiseren door bijv. een geregeld controleDit laatste punt (f) verdient nog enige van 0,2 - 0,s m / s nauwelijks uit het net programma uit te voeren op die plaatsen toelichting. Het effect van spuien is nameverwijderd. Een goede indruk van het waar de waterdoorvoer min of meer staglijk afhankelijk van een groot aantal factoren bestand van deze organismen verkrijgt men neert (dode einden, mengzones, enz.). zoals [12]: spuidebiet, diameter van de slechts bij spuisnelheden van 1,s - 2 m/s, buis, soortelijk gewicht van organismen en Voorzover uit de literatuur [7, 10, 111 door te spuien met water en lucht of m.b.v. bekend is geen van de in het net aangetrofsediment, afmetingen van organismen en schuimrubberproppen. fen organismen ziekteverwekkend. Draad- sediment, concentratie van zwevende stoffen, mate van verband tussen sedimentwormen zijn evenwel verdacht geworden De aanwezigheid van waterpissebedden in sedert aangetoond is dat ze ziekteverwek- deeltjes en mate van vasthechting van orgahet net wordt indirect aangeduid indien in nismen aan de buiswand. Sands [12] geeft het bemonsterde water, ook bij v = 0,s m/s, kende (pathogene) bacterien eten welke in een tabel de benodigde spuisnelheden gedurende 24 uur in de worm in leven uitwerpselen in de vorm van kroketjes kunnen blijven. De in de worm aanwezige voor diverse situaties. Organismen, met worden aangetroffen. Het materiaal van uitzondering van waterpissebedden, slakjes pathogene bacterien overleven een chloordeze kroketjes bestaat uit de onverteerbare en borstelwormen, kunnen geelimineerd dosis van 3 mg/l gedurende 2 uur. De fractie van het sediment (d.w.z. roestworden bij een snelheid van ca. 0,s m/s in kans dat de mens wordt besmet door enlof kooldeeltjes). vrijkomende bacterien wordt overigens Leer een 100 mm leiding; voor de verwijdering van relatief veel sediment is ca. 2 m/s klein geacht. 5. Betekenis van dierlijke organismen vereist in een 100 rnrn leiding. Een water-lucht-spui is meestal efficienter De consument merkt in het algemeen weinig 6. Maatregelen omdat er een sterke turbulentie wordt opvan dierlijke organismen, enerzijds omdat Diverse auteurs [7, 10, 11,131 hebben reeds gewekt. Met behulp van polyurethaan de grotere zich aan de buiswand vast cylinders kunnen pissebedden en slakjes kunnen houden en daardoor niet worden gewezen op de centrale rol die assimileergoed worden verwijderd; bij toepassing wordt uitgespoeld, en anderzijds omdat de kleinere bare organische stof speelt in het geheel. eveneens het losse sediment afgevoerd. niet of nauwelijks met het blote oog waarMet name in dode einden en op plaatsen genomen kunnen worden. Indien aan de tap waar weinig stroming is zal sedimentatie van Een controlebemonsteringkan aangeven hoe
beduidend lager. Raderdieren vormen hierop een uitzondering. Tabel IX geeft een overzicht van de aantallen organismen die in 1 m3 drinkwater, aan de kraan getapt, kunnen worden aangetroffen.
we1 organismen worden waargenomen door de consument, dan bevat het leidingnet ter plaatse zeer waarschijnlijk vele organisrnen.
effectief de uitgevoerde maatregelen zijn geweest. De toepassing van chemicalien wordt niet aanbevolen, enerzijds omdat de concentratie van bijv. chloor, benodigd om de organismen af te doden, erg hoog is en anderzijds omdat de kans bestaat dat dode organismen uit de tapkraan komen of de watermeters verstoppen. Bovendien is selectie van resistente soorten mogelijk. In de praktijk is voorts gebleken dat bijv. de toepassing van pyrethrine om Asellus af te doden werd gevolgd door een hevige besmetting met slakjes [7]. Toepassing van pyrethrine lijkt daarom slechts zinvol om enkele incidentele gevallen van zware besmettingen met Asellus aquaticus op te heffen. Pyrethrine mag slechts gebruikt worden na verkregen toestemming van de Inspectie voor de Volksgezondheid.
7. Samenvatting Dierlijke organismen in drinkwater genieten a1 vele decennia lang de aandacht. Diverse onderzoekingen hebben aangetoond dat bij de zuivering van ruw water tot drinkwater geen volledige eliminatie van organismen plaatsvindt. Met name benthische soorten worden doorgelaten. Hierdoor worden organismen in het distributiesysteem geintroduceerd. Voorts kunnen op nog vele andere manieren infecties plaatsvinden, bijvoorbeeld door foutief gebruik van brandkranen en onzorgvuldigheid bij aanleg en reparatie van leidingen. Het reine water bevat veelal nog zoveel voedingsstoffen die met name op plaatsen met lage watersnelheden accumuleren, dat nagroei van bacterien optreedt. Daardoor kan toename plaatsvinden van die soorten van organismen waarvoor het milieu van de waterleidingbuis gunstig is. Hoewel er voorzover bekend geen gevaren voor de volksgezondheid verbonden zijn aan de aanwezigheid van dierlijke organismen in het drinkwater, zijn grote aantallen niet gewenst om esthetische redenen. Het belangrijkste bezwaar is we1 het visueel waarneembaar zijn van de organismen, hetgeen kan leiden tot klachten. Andere bezwaren van de aanwezigheid van dierlijke organismen kunnen zijn kleuring van het water door uitwerpselen of slecht afbreekbare delen en reuk- en smaakbezwaren als gevolg van af braak van dode organismen door bacterien, schimrnels en actinomyceten. Enkele essentiele maatregelen om het organismenbestand in leidingwater te beheersen houden in:
- adequate zuivering m.b.t. verwijdering
Vervolg van pagina 23
van dierlijke organismen;
- intensieve zuivering teneinde het assimileerbare organische stofgehalte in het reine water zo sterk mogelijk te verlagen; - zorgvuldig aanleggen en repareren van leidingen; - systematisch en doeltreffend spuien. Referenties 1. Heusden, G. P. H. van. Asellus aquaticus in het Amsterdamse leidingnet. Water 32 (1948) 109. 2. Jaarverslag 1942 der Vereeniging voor Waterleidingsbelangen in Nederland. Water 27 (1943) 37. 3. Her nemen en bewerken van monsters voor biologisch onderzoek. Mededeeling I van de Biologische Studiecornmissie.Water 27 (1943) 43. 4. Het desinfecteren van leidingnetten en maatregelen ter bestrijding van infecties van biologischen aard. Mededeeling I1 van de Biologische Studiecommissie. Water 27 (1943) 143. 5. Het verdwijnen van zuurstof uit het water in het leidingnet. Mededeeiing I11 van de Biologische Studiecommissie. Water 28 (1944) 111. e 6. Biologie en mogelijke b e ~ t r i j d i n g ~ j zvan enkele wormachtige organismen, voorkomende in waterleidingnetten. Mededeeling N van de Biologische Studiecommissie. Water 30 (1946) 89, 106. 7. Wormen en andere dierlijke organismen in drinkwater. Mededeling No. 5 van de Biologische Studiecommissie (BSC) van het KIWA 1964. Moormans Periodieke Pers NV, Den Haag. 8. Kwantificering van fyto- en zooplankton en van macro-evertebraten in water bij winning, zuivering en distributie. KIWA, R-PM 81-2. Monsternenling en onderzoeksmethoden voor de kwantificering van fyto- en zooplankton en van macro-evertebraten in water bij de winning. zuivering en distributie. KIWA, R-PM 81-3. 9. Evins, C. and Greaves, G. F. Penetration o f water treatment works by animals. Water Research Centre, Technical Report TR 115. 1979. 10. Louwe Kooijmans, L. H. Biologie van het leidingnet. In: De biologie van de watervoorziening. Achttiende vakantiecursus in drinkwatervoorziening gehouden op 6 en 7 januari 1966 te Delft. 11. Smalls, I. C. and Greaves, G. F. A survey of animals in disfribuiion systems. Water Treatm. Exam. 17 (1968) 150. 12. Sands, J. R. The control of animals in water mains. The Water Research Association. TF' 63, 1969. 13. Boorsma, H. J., Elzenga, C. H. J. and Vlugt, J. C. van der. Deterioration of water quality in the dishi'bution system. International Water Supply Association, tenth congress, 19 22 August 1974. 14. Kooij, D. van der. K~valiteitsveranderingvan drinkwater als gevolg van de groei van microorganismen in het distributiesysteem. HzO (12) 1979, 269. 15. Zwaagstra, J. Biologie van koolfilters. In: Cursus Filtratie 11, 1979. Stichting Postakademiale Vorming Gezondheidstechniek.
-
Aanpassingen van bacteri6n aan voedselarme miliens organisms ions and macromolecules at interfaces. In: Contemporary Microbial Ecology. Ed. D. C. Ellwood et al., p. 93 - 106, Academic Press. London. Matin, A. and Veldkamp, H. (1978). Physiological basis of the selective advantage of a Spirillum sp. in carbon-limited environment. J . Gen. Microbiol., 150: 187- 197. Tempest, D. W. (1970). The continuous cultivation of micro-organisms. I . Theory of the chemostat. In: Methods in Microbiology. J. R. N o h , D. W. Ribbons Editors. vol. 2, pp. 259-277, New York Academic Press. Veldkamp, H. (1976). Continuous culture in ~nicrobialphysiology and ecology. Shiidon Co, Durham. Meadowfield Press.
Virussen in water Dee1 1
Algemene kenmerken van virussen Virussen zijn collo'idaleinfectieuze partikels met afmetingen tussen 20 en 350 nrn. Zij zijn opgebouwd uit een nucle'inezuur, het infectieuze gedeelte, en een beschermende eiwitmantel, die de antigene eigenschappen bepaalt; in sommige gevallen wordt deze nucleocapside omgeven door een envelop bestaande uit lipiden of lipoproteinen. De opbouw is syrnrnetrisch, waarbij drie vormen worden onderscheiden, namelijk kubisch (icosaeder als basisstructuur), helixvormig (nucleinezuur schroefvormig opge-
rold) of complex, waarbij de symmetric noch kubisch noch helixvormig is. Virussen zijn gastheer-specifiek. Men kent niet alleen diervirussen, maar ook virussen van planten, bacteriien, schimmels en algen. Virussen zijn obligate intracellulaire parasieten, die zich alleen in levende gastheren kunnen vermeerderen. De reproduktie verloopt volgens de volgende zes stappen: na adsorptie aan de gastheercel, gevolgd door penetratie, komt het nucleinezuur vrij uit de eiwitmantel. In het cytoplasma of in de kern vindt vervolgens de replicatie van het nucleinezuur en de synthese van viruseiwit plaats. Na de vorming van nieuwe virusdeeltjes door assemblage van nucleinezuur en eiwit, komen de viruspartikels vrij uit de gastheercel. Voor de vermeerdering en kwantificering van virussen op laboratoria wordt gebruik gemaakt van celkweken. Voorheen was men aangewezen op proefdieren. Voor de diagnostiek staan diverse technieken ter beschikking.
Het voorkomen en gedrag van humane virussen in water Hoewel het reeds lang bekend is, dat virussen met menselijke faeces worden uitgescheiden, wordt er eerst sinds de jaren '60 serieuze aandacht geschonken aan de rol, die water zou kunnen spelen bij de verspreiding van virussen. Door een hoge bevolkingsdichtheid worden de bestaande watervoorraden zeer intensief gebruikt. Hierdoor is de kans op virusoverdracht via water reeel aanwezig. Virussen, die faecaal worden uitgescheiden, worden aangeduid als 'enteric' virussen. Deze worden oraal opgenomen, waarna voornamelijk in het weefsel van de keel en
het maagdarmkanaal de virusvermeerdering plaatsvindt. Er zijn meer dan 100 typen 'enteric' virussen bekend, die alle ziekteverwekkend zijn voor de mens (tabel I, foto 1). Enterovirussen worden massaal in de nazomer en herfst uitgescheiden; het grootste aantal infecties met rotavirussen wordt daarentegen in de maanden januari tot en met maart geconstateerd. Hoewel virussen zich in de natuur niet buiten een levende gastheer kunnen vermeerderen, kunnen ze zich lange tijd handhaven zonder hun infectieusiteit te verliezen. Afhankelijk van het virustype en de waterkwaliteit zijn overlevingstijden van vele maanden in water geen uitzondering [lit. 21. Virussen hebben geen metabolisme, zodat de overlevingstijd in het milieu niet wordt bepaald door het beschikbaar zijn van voedingsstoffen of andere energiebronnen, maar door een groot aantal fysische, chernische en biologische factoren. De temperatuur is van deze factoren waarschijnlijk het belangrijkste. Naarmate deze lager is, is de overlevingstijd langer. Een reductie van een aantal enterovirussen met 3-logeenheden vraagt 3 tot 16 dagen bij een temperatuur van 18-27 OC, maar daarentegen meer dan 60 dagen bij 3-6 "C [lit. 41. Virussen komen in water in het algemeen niet vrij voor, maar zijn voor het merendeel geadsorbeerd aan bijvoorbeeld kleimineralen, organisch materiaal en eventueel zouten. Deze associatie beinvloedt het infectievermogen in het algemeen niet, maar de overlevingstijd wordt erdoor verlengd. In sedimenten kan de virusconcentratie hierdoor sterk oplopen. De bepating van virussen in water Omdat virussen meestal in kleine aantallen in water voorkomen, moeten concentratietechnieken worden toegepast om deze te kunnen isoleren. Virussen gedragen zich als amphoterische, hydrofiele colloiden in een waterige oplossing en de lading is een TABEL I - EZunlane 'enteric' virussen die in water kunnen voorkomen [lit. 231. Virusgroepen
Enterovirussen: Poliovirussen ECHOvimssen Coxsackie A-virussen Coxsackie B-vimssen 'Nieuwe enterovirussen' Hepatitis type A virus Gastroenteritis virussen (Norwalk type) Rotavirussen Reovirussen Adenovimssen Parvovirussen (verwant aan adenovims)
*
aantal typen nog niet bekend.
Aantal typen 3 34 24
6 4 1 2 t
3 30 3
Foto I
- Poliovirusdeeltjes 65.000x vergroot.
functie van de pH, ionensamenstelling en ionensterkte van de oplossing. Gebruikmakend van deze eigenschappen is de ontwikkeling van concentratietechnieken mogelijk geworden, waarbij adsorptie van virussen aan filtermaterialen zoals cellulosenitraat en glasvezel wordt bewerkstelligd bij een lage pH en in aanwezigheid van kationen, gevolgd door elutie bij een hoge pH in een eiwitrijke oplossing. Dit eluaat heeft meestal nog een te groot volume, zodat een tweede concentratietrap nodig is. Voor de vermeerdering van aldus geisoleerde virussen moet men zich op praktische gronden beperken tot het gebruik van 6 n of twee celkweken, waarbij men dient te beseffen, dat er geen cellijn bestaat, waarmee alle mogelijk in water aanwezige virussen kunnen worden gedetecteerd. Alom wordt nog een verdere verbetering van de isolatietechniekennagestreefd. Een goede methodiek is niet alleen snel, eenvoudig en toepasbaar voor alle watertypen, maar heeft tevens een grote gevoeligheid en reproduceerbaarheid. Ook het kostenaspect mag niet uit het oog worden verloren. De procedure, waarmee door het KIWA de afgelopen jaren allerlei watertypen op de aanwezigheid van humane 'enteric' virussen werd onderzocht, bestaat uit een concentratietechniek, waarmee in twee trappen, namelijlc adsorptie-elutie en organische flocculatie, het monstervolume wordt teruggebracht tot 20 ml, uitgaande van 500 liter water van drinkwaterkwaliteit of kleinere volumina bij onderzoek van ruw water. Concentraten worden geent op een apeniercellijn (BGM). In deel2 van deze publicatie wordt de toegepaste techniek uitvoerig beschreven. Tot nog toe werden met behulp van deze
TABEL I1 - Virustypen geisoleerd uit water in Nederland met behulp van de apeniercellijn BGM.
TABEL III
- Virusisolaties uif drinkwafer. -
Virusgroepen
Virustypen
Polio Polio Polio Coxsackie A Coxsackie B Echo Re0
1, wild en vaccin 2, vaccin en intermediair
Plaats
3, wild en vaccin 9 2; 3; 4; 5 en 6 1; 118; 7; 9; 11; en 31 1: 2. en 3
RoemeniC
196271 1974-77
coagulatie, snelfiltratie, desinfectie idem
USSR USA - Massachusetts - Florida - Virginia
1968-71 1969-73 1975 1975-76
coagulatie, snelfiltratie, desinfectie(2) coagulatie, snelfiltratie, desinfectie desinfectb (0,3-0,4 mg/l vrij chloor) coagulatie, snelfiltratie, desinfectie (ten minste 1,3 mg/l mij chloor)
Canada
1977
1960-62 Frankrijk - Parijs - Nancy e.0. 1961-63
methodiek 21 verschillende typen 'enteric' virussen uit water geisoleerd (tabel 11). Virussen in oppervlaktewater Het voorkomen van virussen in oppervlaktewater is van belang voor de volksgezondheid, omdat dit water wordt gebruikt voor recreatie en als grondstof client voor de bereiding van drinkwater. Door lozing van a1 dan niet gezuiverd huishoudelijk afvalwater wordt oppervlaktewater met humane 'enteric' virussen belast. Per gram faeces kunnen meer dan een miljoen viruspartikels worden uitgescheiden. In ruw rioolwater kan het aantal virussen waarden bereiken van 500.000 per liter [lit. 121. Bij lozing hiervan op oppervlaktewater treedt een sterke verdunning op, zodat voor virologisch onderzoek van dergelijk water grote volumina moeten worden verwerkt. De beperkingen van de concentratietechnieken voor dit type water in het bijzonder, maken het vaststellen van exacte virusgehalten in oppervlaktewater nog niet goed mogelijk. De gemeten virusconcentraties varieren van 0,l tot meer dan 280 eenheden per liter [lit. 121. De gevonden aantallen moeten als minima worden beschouwd, mede vanwege de beperkingen van celkweken. In afb. 1 zijn de resultaten weergegeven van het onderzoek, dat in de afgelopen Afb. 1
Periode
Zuivering coagulatie, snelfiltratie, desinfectie(1) idem
breekp.chloring, coagulatie, snelfiltratie, desinfectie (ten minste 0,l mg/l vrij chloor) 1977-78 rest vrij chloor 0,l-0,6 mg/l (pH en rest vrij chloorgehalten niet optimaal) 1978-79 chloring, coagulatie, zandfiiltratie, a o n , ohloring (rest vrij chloor 0,2-0,3 mg/l)
jaren door het KIWA werd uitgevoerd naar de aanwezigheid van humane 'enteric' virussen in Nederlands oppervlaktewater, dat door waterleidingbedrijven als grondstof wordt gebruikt bij de bereiding van drinkwater. Hoewel men om eerder genoemde redenen uit de gegevens geen absolute virusgehalten per volume-eenheid mag berekenen, blijlt uit de resultaten, dat de virusconcentratie in Lekwater, na coagulatie, sedimentatie en snelfiltratie, beduidend lager is dan die in het oppervlaktewater zelf. Het afwezig zijn van poliovirussen in water van de Drentse Aa hangt sarnen met het feit, dat in Nederland wordt gevaccineerd met geinactiveerd poliovirusvaccin (Salk) en niet met de levende verzwakte poliovirusstammen (Sabin) zoals in de ons ornringende landen, waardoor het isoleren van deze vaccinstammen uit de Rijn en de Maas te verklaren is.
VIRUSGROEPEN: polio Coxsackie I3 Coxsackie A Echo 0 Reo Niet typeerbaar
= R ~ j n Rtjn R~jn Maas (Lob~th)(Nceuwe-(na zucverlng gem) WRK)
Totaal aantal PFU
13
Totaal volurne(L)
7
38
45
165 1146
Drentse Aa
27 46
niet vermeld negatief
Literatuurverwijzing 6 8
niet venneld 15 14 3-10 coliformen/l negatief niet venneld negatief negatief negatief negatief negatief
(I) Nadat de contacttijd bij een ozondosis van ten minste 0,4 mg/l verlengd werd tot ten minste 10 minuten werden geen virussen meer gefsoleerd [lit. 71. (2) Smds men in 1975 een vrij chloorgehdte van 0,3 mg/l na 30 minuten contacttijd voorschreef, werden geen virussen meer gekoleerd uit drinkwater [lit. 31.
- Samensrelling van her virusbestand in oppe,rvlakte~vaterin Nederland.
O
Bacteriologische kwaliteit, E. coli-test
1
Virologisch onderzoek van drinkwater De eerste virusisolaties uit drinkwater dateren uit de jaren '60, toen in Frankrijk in 19 % van de onderzochte monsters uit het distributiesysteem virussen werden aangetoond [lit. 61. Dit feit tezamen met de inmiddels verworven lcennis, dat virussen aanwezig kunnen zijn in water, dat aan de eisen met betrekking tot de bacteriologische gesteldheid voldoet, leidde in vele landen tot ondenoek van drinkwater op de aanwezigheid van virussen. Op meerdere plaatsen werden virussen geisoleerd uit drinkwater, dat volgens conventionele methoden, inclusief desinfectie, was bereid en dat aan de bacteriologische norm voldeed (tabel III). In Nederland werden evenwel geen virussen aangetroffen in meer dan 100 monsters drinkwater van elk 500 liter, die afkomstig waren van waterleidingbedrijven, die op verschdlende wijzen drinkwater bereiden uit oppervlaktewater. Het betrof hier zowel monsters van water 'af pompstation' als monsters van water uit het distributiesysteem. In deze gevallen heeft de zuivering de in de grondstof aanwezige virussen (afb. 1) dus effectief verwijderd en is bij distributie geen herbesmetting opgetreden. Thermotolerante bacterien van de coligroep waren afwezig in 500 ml. Omdat door de beperkingen van de toegepaste concentratietechnieken en detectiesystemen slechts een klein gedeelte van het aanwezige virusbestand kan worden aangetoond, betekent dit onderzoekresultaat niet, dat virussen in 500 liter Nederlands drinkwater steeds afwezig zullen zijn, te meer daar het aantal monsters gering was. In deel2 van deze publicatie wordt boven-
bereiding van drinkwater. Het merendeel van de beschikbare informatie werd verkregen met behulp van laboratoriumexperimenten. In de Verenigde Staten heeft men op grond hiervan berekend, dat met een zuiveringssysteem, bestaande uit coagulatie, snelfiltratie, gevolgd door desinfectie bij een goede bedrijfsvoering een vin~sreductievan 3 tot meer dan 6 logeenheden tot de mogelijkheden behoort [lit. 41. Omdat de virusvenvijdering bij de zuivering van oppervlaktewater tot drinkwater voor een groot deel op een adsorptieproces berust, kunnen door gewijzigde omstandigheden, bijvoorbeeld verhoging van de pH, de geadsorbeerde virussen weer vrij komen zonder hun infectieusiteit te hebben verloren. Alleen bij desinfectie worden virussen ge'inactiveerd. Hoewel het virologisch onderzoek naar het virusverwijderend vermogen van diverse zuiveringsstappen in Nederland nog maar korte tijd aan de gang is, wijzen de eerste resultaten erop, dat bij duininfiltratie de aangevoerde virussen effectief worden verwijderd. Hetzelfde geldt voor oeverfiltratie. De processen, die bij een aantal bedrijven worden toegepast bij de voorzuivering van rivienvater, bestemd voor duininfiltratie, zijn met name in de wintennaanden niet in staat de virussen tot onaantoonbare aantallen te reduceren. De komende jaren zal het onderzoek naar virusvenvijdering door een aantal waterbehandelingen, die worden toegepast bij de bereiding van drinkwater uit oppervlaktewater, worden voortgezet. Hierbij zal tevens onderzoek naar het voorkomen van bacterievirussen, met name colifagen, worden uitgevoerd. Door het vaststellen van overeenkomsten en verschillen betreffende het effect van diverse zuiveringsprocessen op zowel humane 'enteric' virussen als op de indicatorbacterien van faecale verontreiniging en de virussen van deze organismen kan met dergelijk onderzoek een goed inzicht worden verkregen in de hygienische betrouwbaarheid van water, dat een bepaalde zuivering heef t ondergaan.
Virologisch onderzoek ten behoeve van de bedrijfstak Het overzicht van de verschillende aspecten, die bij virologisch onderzoek van drinkwater van belang zijn, kan worden besloten met een opsomming van de werkzaamheden, die tot de taken van een virologisch laboratorium ten behoeve van de bedrijfstak kunnen worden gerekend: 1. Ben~onsteringvan ruw water, dat als grondstof wordt gebruikt bij de bereiding van drinkwater, om de fluctuaties in de
besmettingsgraad te kunnen vaststellen en epidemiologisch inzicht te krijgen in de verspreiding en het voorkomen van bepaalde virussen. 2. Vaststellen van het virusverwijderend vermogen van waterzuiveringsprocessen in de praktijk. 3. Virologisch onderzoek van drinkwater, in het bijzonder wanneer er door calamiteiten in het distributiesysteem of storingen in zuiveringsprocessen twijfels bestaan over de hygienische betrouwbaarheid van het water.
Transactions of the Institute of Poliomyelitis and virus encephalitides (Moscow), 14 (1970) p. 119 - 125. 17. Payment, P. Isolatiorz o f lirrtses frorr~ drirtlcing irwter at the Pont-Vinu lvuter treatrltenf plant. Can. J. Microbiol. 27 (1981) p. 417- 420. 18. Rabyso, E. V. Sor~reaspects of the circulation Gigiena i o f erlterortizcses in fAe enl~iron~r~e~rt. sanitarya 39 (1974) p. 105 - 106. 19. Sekla, L., Stackiw, W., Kay, C. and Van Buckenhout, L. Entenc viruses in rertovated Ivuter in Manitoba. Can. J. Microbiol. 26 (1980) p. 518 - 523. 20. Shaffer, P. T. B., Metcalf, T. G. and Sproul, 0. J. CI110rii1eresistance o f poliovirrcs isolarlts iccovered frorri chinking ~vater.Appl. Env. Microbiol. 40 (1980) 6, p. 1115-1121. 21. Wellings, F. M., Mountain, C. W. and Lewis, A. L. Virirs in groundwater. Proc. 2nd. Natl. Con£. I~idilidrcnlor1 site It~ustelr~ater s j ~ s t w ~Ann s . Arbor (Michigan), Natl. Sanit. Fdn., 1975. 22. Wellings, F. M., Lewis, A. L., Mountain, C. W. e.a. Dertronsiration of 16.lcs in groimd,vater after eff~ientdischarge orlto soil. Appl. Microbiol. 29 (1975) p. 751 - 757. 23. World Health Organization. Hztn~artvirzcses in Ivaiei., it)aste~vaterand soil. Geneva, 1979, 50 blz. Technical Report Series no. 639.
Literatuur 1. Akin, E. W. Trihalor~~etltar~es and viruses irt n Ivater slrpply. J. Env. Eng. Div. 104 (1978) EE4, P. 829 - 830. 2. Akin, E. W., Benton, W. H. and Hill, W. F. Enteric Vir~csesin GI-ozrndand Surface Waters: A Re1de11~ of Their Occurrer~ceand Szrrvival. In: Snoeyink, V. (ed.) 'Virus and Water Quality: Occurrence and Control'; Proceedings of the Thirteenth Water Quality Conference. Fcbmary 1971. University of Illinois Bulletin 69, p. 59-74. 3. Bagdasaryan, G. A. In: WHO; Hzrrr~aniiruses in Itrater, ~ ~ ~ z s t e w aand t e r soil. Geneva, 1979, p. 16. Techn. Rep. Series no. 639. 4. Bitton, G. (ed.). Introdztctiort to er~~~ironrr~ental virology. New York, J. Wiley & Sons, Inc., 1980, 0. 81, 305. 5. Clarke, N. A., Akin, E. W. Liu, 0. C. e.a. Virzts stzrdy for drinlcing ivater supplies. JAWWA 67 (1975) p. 192- 197. 6. Coin, L., Menetrier, M. L., Labonde, J. e.a. Modern rizicrobiological and ~~irological aspects o f ivater pollzition. In: Jaag, 0. (ed.). Adv. in Water Pollutior~Research; Vol. 1. London, Perg. Press, 1964. 7. Coulon, G. et Netter, R. La recl~erchedes virus dans l'eazc potable. Etude critique des rr~e^tlzodes et r&sultats. Bull. INSERM 22 (1967) p. 941 - 956. 8. Foliguet, J. M., Schwartzbrod, L. et Gaudin, 0. G. La pollltfion iirale des cazrx usebs, de Bull. WHO 35 (1966) surface et d'nlin~er~tatior~. p. 737- 749. 9. Fri, R. W.and McDermott, J. H. Hearings before the Corr~.on Cotrlnterce, US Senate 92nd Congr. Serial 92-57 March 20 1972, USGPO. 10. Hoehn, R. C., Randall, C. W. and Bell, F. A. Trihalometl~anesand virrises in a water supply. J. Env. Eng. Div. 103 (1977) EE5, p. 803- 814. 11. Hoehn, R. C., Randall, C. W. and Bell, F. A. Trihalor~~ethanes and i~irusesin a ~vatersupply. J. Env. Eng. Div. 105 (1979) EEI, p. 176- 177. 12, Melnick, J. L. and Gerba, C. P. The ecology of erlteroviritses in natural ivaters. Critical Review in Env. Control 10 (1980), p. 65 -93. 13, Metcalf, T. G., Shaffer, P. T. B. and Mooney, R. Incidence o f virus in water; case histories. In: AWWA; Proc. 1978 annual conference, paper 35-2. 14. Nestor, I. Enterovirlrses in drinking water correlated with the physical-cherrtical and bacteriological indicators of ivater qualily. Zbl. Bakt. Hyg. I. Abt. Org. B. 171 (1980) p. 218-223. 15. Nestor, I. and Costin, L. Presence of certain enteroi~iruses(Coxsackie) in selvage effluentsand in river ivnters o f Rou~~tania. J. Hyg. Epid. Microb. Immun. 20 (1976) 2, p. 137- 149. 16. Oserovic, A. Experiertce o f sanitary ~drological investigations o f erlvironrrzental factors.
Virologisch onderzoek van drinkwater en oppervlaktewater in Nederland in de periode 1978-1980 Dee1 2
Inleiding a) mxlstervolume groter dan 10 l i t e r ( f o b 1)
Niettegenstaande het grote virusverwijderende vermogen dat wordt toegedacht aan zuiveringssystemen,die bij de bereiding van drinkwater uit oppervlaktewater worden toegepast, werden in het buitenlandvirussen aangetoond in drinkwater dat volgens conventionele methoden, inclusief desinfectie, was bereid. Bovendien bleek, dat het feit, dat water aan de bacteriologische kwaliteitseisen voldoet, geen garantie is voor de afwezigheid van virussen (zie tabel ZII, deel 1).
b) monstervolune kleiner d m 2 l i t e r
I ALTBRPTIE-EIDrIE ( l i t . 4, 10, ll)
t e bemarsteren water
filterhouder
IR. M. VAN OLPHEN KIWA Nieuwegein
t
f ilterkaars 8 p epxy-fiberglass 2,s b i j 17,s an
na f i l t r a t i e wordt het f i l t e r gelueerd m e t een oplossing van vleesextract (3 % in trisbuffer, pH 9 , 3 ) ; 2 x 3 ml antibiotica tcevoegen neutraliseren eirdmncentraat (7 ml) enten Op -cellen
Na f i l t r a t i e mrdt het f i l t e r g€+lueeId rnet een oplossing van vleesextract ( 3 % i n trisbuffer, pH 9.3); 2 x 300 ml.
E. VAN DE BAAN IClWA Nieuwegein
elutievlceistof (600 ml) aanzuren tot @I 3.5-4,0, waarbij vlokvorming ontstaat k a l tr-rteren mar labratorim inwiezen b i j -70 OC
Naar aanleiding van de bevindingen in het buitenland werd eind 1971 de Comrnissie Virologie van het KIWA opgericht met de opdracht om na te gaan of virologisch onderzoek in de toekomst deel zal moeten gaan uitmaken van de routinematige kwaliteitscontrole van drinkwater bereid uit oppervlaktewater. In het kader van het onderzoek dat door Foto 1
- Diverse
~~~ater.
ontdwien centrifugeren (3000 g ) s d i m n t oplenen i n Pbuffer (0,lS M; pH 9 ) antibiotica toevoegen neutraliseren eirdmncentraat (20 ml) enten op BPtcellen
.4fb. I
- Schen~atische,veergave ran de concentratietechnieken.
de Cornmissie wordt begeleid, zijn allereerst concentratietechnieken, die nodig zijn om
onderdelerz van de concentratieproc.edure voor het verwerken van grote volurnina
kleine aantallen virussen in grote volumina water te kunnen aantonen, geoptimaliseerd. Dit onderzoek maakt sinds 1976 deel uit van het VEWIN-speurwerkprograrnmadat door het KIWA wordt uitgevoerd. Eind 1978 werd een begin gemaakt met het toepassen van de ontwikkelde methodieken in de praktijk. Hiertoe werden zes waterleidingbedrijven, die op verschillende wijzen drinkwater bereiden uit oppervlaktewater, geselecteerd. Bij ieder bedrijf werd niet of gedeeltelijk gezuiverd water, water 'a€ pompstation' en water in het distributiegebied in de periode decernber 1978 tot april1980 elk 5 tot 10 maal bemonsterd. Naast het virologisch onderzoek werd ook onderzoek naar de aanwezigheid van bacterien, die indicatief zijn voor faecale verontreiniging, uitgevoerd. Materialen en methoden
Concentratietechnieken Omdat het aantal virussen in water klein is, moeten voorafgaand aan de eigenlijke bepaling concentratietechniekenworden toegepast. Hierbij wordt adsorptie van virussen aan filtermateriaal bewerkstelligd
bij een lage pH en in aanwezigheid van twee- of driewaardige kationen, gevolgd door elutie bij een hoge pH in een eiwitrijke oplossing. Wameer een tweede concentratietrap noodzakelijk is, wordt organische flocculatie toegepast.
Bij het onderzoek naar de aanwezigheid van virussen in drinkwater werden volumina van 500 liter verwerkt (afb. la). De onderzochte volumina niet of gedeeltelijk gezuiverd water varieerden van 0,25 liter tot 400 liter en werden afhankelijk van het volume verwerkt volgens afb. l a of lb. De rendementen van de toegepaste concentratiemethodieken a en b waren gemiddeld respectievelijk 50 en 63 %. Deze percentages werden verkregen door toevoeging van poliovirus type I 'Glaxo' (50-100 plaque forming units) aan respectievelijk 500 liter leidingwater en 1 liter gesteriliseerd oppervlaktewater.
Celvermeerdering en viruskwantificering Voor de vermeerdering van geisoleerde virussen werd gebruik gemaakt van BGMcellen, een continue apeniercellijn van de Afrikaanse groene aap (Cercopithecus aethiops), die bij 37 O C werden gekweekt. De viruskwantificering gebeurde volgens de PFW-methode, waarbij virusplaques als kIeurloze ronde plekken tegen een rode achtergrond van levend celmateriaal zijn te tellen. Het aantal plaques is een maat voor het aantal virussen in het entmateriaal. De geisoleerde virussen werden voor typering naar het Rijksinstituut voor de Volksgezondheid (Af deling Virologie) gezonden.
Afb. 2 - Vermeerdering van apeniercellen en virussen. 1 = monolayer apeniercellen (foto 2); 2 = celsuspensie verkregen door trypsiniseren van 1; 3 = cellen van 2 verdeeld over meerdere flessen; 4 = celsuspensie van 3 uitgegroeid tot monolayer; 5 = bsnten van 4 met concentraat van watermonster. dat virussen ( * ) bevat; 6 = ontstaan van plaques door virusvermeerdering (foto 3); 7 = bevestiging van de plaques door bepaling van het cytopathologisch effect (CPE) op apeniercellen (foto 4). Foto 3
- Virusplaques in apeniercellen.
roro I
- l~onorayerapemercetten.
Foto 4
- Cytopathologisclt effect (CPE) veroorzaakt door virusvermeerdering in apeniercellen.
Bacteriologisch onderzoek Naast virologisch onderzoek werd tevens de bacteriologische gesteldheid van het water bepaald door middel van onderzoek naar de aanwezigheid van bacterien van de coligroep, thermotolerante bacterien van de coligroep en faecale streptococcen. Dit onderzoek werd door de Duinwaterleiding van Den Haag uitgevoerd. Met behulp van membraanfiltratie werden volumina van ten hoogste 500 ml verwerkt. Voor de bepaling van de bacterien van de coligroep werd gekweekt op Membrane Enriched Teepol Agar, waarna werd bevestigd in Brilliantgroen gal lactose bouillon bij 37 "C voor de bepaling van het totale aantal bacterien van de coligroep en bij 44 "C voor de bepaling van het aantal thermotoleranten. Faecale streptococcen werden geltweekt op KF-streptococcus agar en bevestigd op Brain Heart Infusion Agar, gevolgd door de katalaseproef.
(GWG), pompstation de Punt: Drentse Aa I coagulatie en vlokverwijdering -beluchten -snelfiltratie -langzame zandfiltratie -I1 -
plus leidingwater DWL-Den Haag ( 1: 1 : 4) -distributie
-
Gemeentelijk Waterbedrijf Groningen
Afb. 3 - Resltltater~voorgezuiverd Lek-~vater(WRK, GWA). -
-
VIRUSSEN ')
aantal PFU per loo liter
t
I
1 maand BACTERIEN 2,
aantal bacter~enper liter 107to6-
!
lo5-
lo4-
:; 10'; o
D
'78
')
1,; .:;
1
Zuiveringsscherna's, plaats van de monsterpunten en nzonstername Bij zes waterleidingbedrijven, die drinkwater bereiden uit oppervlaktewater, werden op drie plaatsen per bedrijf monsters genomen, namelijk het niet of gedeeltelijk gezuiverde Water (I), water na de zuivering (eventueel v66r de veiligheidschloring) (11) en water in het distributiegebied (111). De monsterpunten zijn aangeduid in de hierna weergegeven zuiveringsschema's van de betreffende bedrijven.
Gemeentewaterleidingen (Amsterdam) (GWA), pompstation Leiduin; Watertransportmaatschappij Rijn-Kennemerland (Nieuwegein): Lek -coagulatie en vlokverwijdering -snelfiltratie -transportchloring -I -duininfiltratie -beluchten, actieve kool, loog snelfiltratie -langzame zandfiltratie I I veiligheidschloring distributie (111).
-
'78
In $ i
$ ,
3J 3
;<
>
:.3 8$
.-",
..
:<$
:. 8A M24' J ,$*, F M J 11179
**, A T *S O
, ,N; D J ,
F ,' M, A
,
'80
maand
.
ingedeeld In klassen. A : niet aantoonbaar; 6 : 1-10 PFU: C : 11 -100 PFU; D:>100 PFU
:
en thermotolerant totaal 8 fecale streptococcen E3 . aantal bacterien per titer kleiner dan 10.
2, bacterign van de coligroep,
Afb. 4 - Resrrltaten IJsselmeenvater (PWN).
~-
VIRUSSEN ' )
aantal PFU per loo liter
AJ.
. . ...--. . . ...-. .- - -
D
J
F
M
A
M
-
----.... ---.------. - - - - - - -- -
J
-
J
'78
A
S
O
N
D
!
F
M
maand
I
BACTERIEN 2'
aantal bacterien per liter
A
Provinciaal Waterleidingbedrijf NoordHolland (PWN) - pompstation Andijk: IJsselmeer -microzeven (35 mu) -Ibreekpuntschloring -coagulatie en vlokverwijdering -snelfiltratie koolf iltratie -veiligheidschloring (C102 Cl,) -I1 -distributie (111).
1
+
Goudse Waterleiding Maatschappij (GWM), pompstation Rodenhuis: Lek -oeverfiltratie -I -beluchten -snelfiltratie -I1 -distributie (111).
'78
I
Westlandsche Drinkwater Maatschappij (WDM), pompstation Monster: oppervlaktewater (Heernraadswater) I -duininfiltratie -- beluchten -snelfiltratie -langzame zandfiltratie -I1 - -
1).
1979
-
maand
'80
.lngedeeld in klassen. A : niet aantoonbaar: 6 : 1-10 PFU; C : 11 -100 PFU;
D:>100 PFU
en thermotolerant totaal 8 fecale streptococcen E3 . aantal bacterien per liter kleiner dan 10. 103
2, bacterien van de coligroep,
.
..
. ;
i
+
bedrijf Brabantse Biesbosch: Maas spaarbekken '130' - NaOH spaarbekken 'Petrusplaat' -transportchloring -I -coagulatie en vlokverwijdering -ozonisatie -coagu-
40 % 60 % grondwater -veiligheidschloring -distributie (III).
+
DrinkwaterleidingRotterdam (DWL-R), pompstation Kralingen; Waterwinning-
aantal PFU Der 100 liter
aantal bacterien per liter 107
') lngedeeki in klassen. A: niet aantoonbaar; B: 1-10 PFU; C : 11-100 PFU ; D: >lo0 PFU
Afb. 5
-
en therrnotolerant
;
Resultaten oppervlaktelvater Westland (WDM).
Afb. 6 - Resultaten Drentse Aa-water (GWG). --
aantal PFU per 100 liter
I
. :A
:I,
--- -,- --,- - -
D
J
F
M
VIRUSSEN 'I.
,m, - , - -. -
A
'78
M
J
-
J
1979
A
1,,
..,rn S
O
D
rnaand
J F 'ao
M
'071
') ingedeeld in klassen. A: niet aanloonbaari B: 1-10 PFU;
C : 11-100 PFU; 2, bacterien van de coligroep, totaal
t 3
D: dOO PFU en therrnotolerant
fecale streptococcen El . aantal bacteriln per liter kleiner dan 10.~
,w
- -- -- --, -. -,- - -
N
nantal bacter~enper l~ter
t
distributie (111).
In de periode van december 1978 tot april 1980 werden alle hierboven aangegeven monsterpunten elk 5 tot 10 maal bemonsterd, gelijkrnatig over de tijd verdeeld.
Virologische en bacteriologische resultaten van het onderzoek van drinkwater In geen van de 102 monsters drinkwater van elk 500 liter kon virus worden aangetoond. Het betrof hier 42 monsters van water na de zuivering (bij GWA en GWG voor de veiligheidschloring) en 60 monsters uit het distributiesysteem. Dit betekent, dat in deze gevallen de zuivering de virussen af doende heef t geelirnineerd en er geen herbesmetting in het distributiegebied is opgetreden. Evenmin werden in de onderzochte drinkwatertypen (monsters van 500 rnl) thermotolerante bacterien van de coligroep aangetroffen.
--c rnaand
2, bacterien van de coligroep, totaal I 3 fecale streptococcen 8 .
latie -snelfiltratie-koolfiltratie -veiligheidschloring-I1 -
;
A
Virologische en bacteriologische resultaten van het onderzoek van niet o f gedeeltelijk gezuiverd oppervlaktewater In voor duininfiltratie bestemd Lekwater, dat door de WRK wordt voorgezuiverd, werd een grote verscheidenheid aan virussen aangetoond. De grootste aantallen werden in de winter gekoleerd (afb. 3). Hoewel het niet waarschijnlijk is, dat de transportchloring, die wordt toegepast wanneer de watertemperatuur hoger is dan 10 "C,de oorzaak is van het niet aantoonbaar zijn van virussen in de zomermaanden, is de invloed ervan op de bacterien van de coligroep en de faecale streptococcen duidelijk merkbaar. De toegepaste technieken bleken niet geschikt voor virologisch onderzoek van IJsselmeerwater na passage door microzeven, omdat dit water teveel stoffen bevatte, die toxisch waren voor het celmateriaal. Er werden dan ook geen virussen gei'soleerd, hoewel uit de bacteriologische gegevens bleek, dat het water duidelijk faecaal was verontreinigd (afb. 4). In geen van de monsters Lekwater na oeverfiltratie, werden virussen aangetoond, waarbij volumina van 28 1. (lx), 100 1. (5x) en 400 1. (lx) werden onderzocht. Evenmin konden bacterien van de coligroep worden gei'soleerd. Hetzelfde gold voor faecale streptococcen, BBn monster uitgezonderd. In het oppervlaktewaterin het Westland werden herhaaldelijk virussen aangetoond, met name in de wintermaanden. Dit water bleek bovendien steeds in sterke mate faecaal verontreinigd te zijn afb. 5). Uit het water van de Drentse Aa werden
aantal PFU per 100 liter
'01
---
-
- -- -
-. -. -
J ' F ' M ~ A ' M ' J ' J ~ ~ ~J N ' F' ' D M 'I A ~
'78
'90
1979
-+ maand
aantal bacterien per liter
') ingedeeld in klassen. A: niet aantoonbaar. 8.1-10 PFU; C : 11-100 PFU; D.400 PFU
bacter~envan de col~groep, totaal El en therrnotolerant fecale streptococcen Ed + aantal bacter~enper liter kle~nerdan 10.
.
Afb.7 - Resultaten voorgezuiverd Maas-water (DWL-R). gedurende bijna het gehele jaar virussen gelsoleerd. De aantallen waren 's zomers evenwel laag. Bacterien, die indicatief zijn voor faecale verontreiniging waren steeds in grote aantallen aanwezig (afb. 6). Slechts in 6 n van de monsters Maaswater, dat na voorzuivering door het Waterwinningbedrijf Brabantse Biesbosch wordt aangevoerd in Rotterdam, kon virus (1 PFU in 100 liter) worden aangetoond. In dit monster werden geen thermotolerante bacterien van de coligroep aangetroffen (minder dan 10 per liter). Het totale aantal bacterien van de coligroep bedroeg 12 per liter en het aantal faecale streptococcen 30 per liter (afb. 7).
lende virustypen aangetoond (tabel I). De aantallen gei'soleerde virussen moeten om de eerder genoemde redenen als minima worden beschouwd. Daar bovendien twee concentratietechnieken, afhankelijk van de te verwachten virusbelasting, door elkaar werden gebruikt, is de onderlinge vergelijkbaarheid van de getallen beperkt. In de afb. 3 tot en met 7 zijn de aantallen virussen dan ook niet logaritmisch uitgezet, maar in vier klassen ingedeeld, na omrekening van de aantallen per volumeeenheid van 100 liter. Uit deze afbeeldingen blijkt, dat er voor 'enteric' virussen duidelijk sprake is van seizoensinvloeden. TABEL I
- Virustypen gesoleerd
Deze virussen worden vooral in de nazomer en herfst door de mens uitgescheiden en zijn daardoor in de wintermaanden in grotere aantallen uit het water te isoleren dan 's zomers. Hoewel thermotolerante bacterien van de coligroep, die indicatief zijn voor een faecale besrnetting van water en van oudsher worden gebruikt voor de beoordeling van de hygienische betrouwbaarheid van drinkwater, in verontreinigd water meestal in grotere aantallen voorkomen clan virussen (afb. 3 tot en met 7), kunnen deze zoals reeds eerder is vermeld niet worden gebruikt als indicator voor virussen. De afwezigheid van E. coli is namelijk geen garantie voor de afwezigheid van virussen. Dit blijkt niet alleen uit de literatuur, maar ook bij het hier beschreven onderzoek werd in een monster, waarin het aantal thermotolerante bacterien van de coligroep kleiner was dan 10 per liter virus (1 PFU in 100 liter) aangetoond. Dit water bevatte echter we1 niet-thermotolerante bacterien van de coligroep en faecale streptococcen. Theoretisch is B6n viruspartikel in staat om het infectieproces te initiken [lit. 51. Exacte gegevens over de relatie tussen de virologische besmettingsgraad van water en daardoor veroorzaakte ziekten ontbreken echter. Het vaststellen van een kwaliteitseis voor de virologische gesteldheid van drinkwater is hierdoor niet mogelijk [lit. 31. Desalniettemin zijn de volgende aanbevelingen, die in hoofdzaak berusten op praktische en economische gronden, opgesteld, namelijk: geen virus aantoonbaar in 3803800 liter drinkwater [lit. 81 en idem in 100-1000 liter [lit. 121. In geen van de 102 monsters drinkwater van elk 500 liter werden virussen aangetrof fen. Wanneer het hier monsters betrof, die afkomstig waren uit 6Bn watertype en het optreden van seizoensinvloeden buiten beschouwing zou kunnen worden
uit niet of gedeei 'telijk gezuiverd water.
Discussie In het onderzochte drinkwater werden geen virussen aangetroffen. Men moet er bij de iriterpretatie van de resultaten echter rekening mee houden, dat met de gehanteerde methodiek slechts een beperkt gedeelte van het aanwezige virusbestand kan worden aangetoond. Ten eerste is het rendement van de concentratietechniek niet alleen afhankelijk van de waterkwaliteit [lit. 91, maar ook verschillend voor de diverse virusgroepen. Ten tweede kunnen alleen de virustypen, die in de toegepaste celkweek, in dit geval apeniercellen, tot vermeerdering komen, worden ge'isoleerd. Ondanks deze beperkingen werden in het niet of gedeeltelijk gezuiverde water evenwel 14 verschil-
Jaar
Maand
1978
december
1979
januari
Monster voorgezuiverd Lekwater
*
Drentse Aa-water
Voorgezuiverd Maaswater
Coxsackie B3; rest niet getypecrd polio 1 wild; polio 2 vaccin; polio 2 interm. Coxsackie % en Bg; re0 1, 2 en 3
februari rnaart re0 april augustus oktober novernber Coxsackie B5
1980
Oppewlaktewater Westland
re0 Echo 31; N.T.* N.T.* Coxsackie BS;N.T.*
decernber polio 1 vaccin; polio 2 vaccin; re0 april
N.T. = 2 typen niet humane enterovimssen.
Coxsackie B,: r w 2 Coxsackie B3 Coxsackie B4 Coxsackie B4; Echo 9 en 11 Echo 11
gelaten, dan zou met een betrouwbaarheid van ten minste 97 % kunnen worden gesteld, dat het onderzochte drinkwater aan de kwaliteitseis 'geen virussen aantoonbaar per 500 liter' voldeed. Voor een betrouwbare uitspraak over de mate van aantoonbaarheid van virussen in de afzonderlijke drinkwatertypen zou per watertype een zeer groot aantal monsters moeten worden onderzocht.
werking van de zuivering ten opzichte van humane virussen kunnen worden gebruikt. Wanneer voldoende kennis omtrent het vimsverwijderend vermogen van de verschillende zuiveringsprocessen is verkregen, kan vervolgens worden gerealiseerd, dat het drinkwater geen virussen bevat. Ook elders is men de mening toegedaan, dat zuiveringscriteria de waarborg voor virusvrij drinkwater moeten opleveren [lit. 1,2].
Conclusies en aanbevelingen Het aantal monsters is te gering geweest om een uit virologisch oogpunt betrouwbare uitspraak te doen over het a1 dan niet in aantoonbare mate aanwezig zijn van virussen in Nederlands drinkwater. Toch kan op grond van het feit, dat in geen van de drinkwatermonsters virussen werden aangetroffen de vraag of virologisch onderzoek deel moet uitmaken van de routinematige kwaliteitscontrole van drinkwater vooralsnog negatief worden beantwoord. Een bijkomend argument voor deze stellingname is, dat door de beperkingen van de technieken onvolledige informatie wordt verkregen, waardoor een negatieve uitslag niet betekent, dat er geen virussen aanwezig zijn. Bovendien zullen de kosten van routinematig onderzoek van drinkwater relatief hoog zijn. Terwijl de noodzaak voor routinematig onderzoek in Nederland niet aanwezig is, is het aanbevelenswaardig om in die gevallen, waarin ten gevolge van calamiteiten in het leidingnet of onvolkomenheden bij de zuivering twijfel over de hygienische betrouwbaarheid van drinkwater bestaat, virologisch onderzoek te laten uitvoeren. Men is het er over eens, dat er in drinkwater geen virussen in aantoonbare mate aanwezig mogen zijn [lit. 7,121. Op routinematige basis uitvoeren van virologisch onderzoek van drinkwater is zoals vermeld voor het vaststellen of aan deze opvatting wordt voldaan niet zinvol. Daar, zoals uit dit onderzoek is gebleken, een grote verscheidenheid aan virussen aanwezig is in oppervlaktewater, waaruit drinkwater wordt bereid, is het van groot belang, dat nader wordt onderzocht in welke mate in de praktijk de diverse waterbehandelingen in staat zijn het aangevoerde virus in gunstige en minder gunstige omstandigheden te elimineren. Ook de thans gehuldigde opvatting ten aanzien van toepassing van desinfectiemiddelen noodzaakt tot dit onderzoek. Ter verkrijging van zo volledig mogelijke informatie over de gedragingen van virussen bij de zuivering is ook onderzoek naar het voorkomen van colifagen (virussen van Escherichia coli) nodig. Mogelijk zou kunnen blijken, dat colifagen in bepaalde gevallen als indicatororganisme voor de
Dankbetuiging Het onderzoek werd mogelijk door de medewerking van de betrokken waterleidingbedrijven. Het bacteriologisch onderzoek werd onder leiding van drs. A. C. Hoekstra uitgevoerd bij de Duinwaterleiding van 's-Gravenhage. D e typeringen van de geisoleerde virussen werden uitgevoerd door de Afdeling Virologie van het Rijksinstituut voor de VoIksgezondheid (dr. J. G. Kapsenberg). Het onderzoek werd opgezet in samenwerking met het Rijksinstituut voor Drinkwatervoorziening (drs. H. J. Kool en ing. H. J. van Kranen) en begeleid door de Commissie Virologie van het KIWA. C . Koning heeft mede zorggedragen voor de werkzaamheden op het virologisch laboratorium van het KIWA te Nieuwegein. Literatuur 1. Committee Report. Virzises in drinking water. JAWWA 71 (1979) 8, p. 441 - 444. 2. EPA. Hutnan viruses in the aquatic environnterlf: a status report with emphasis on the EPA research progra~n.Washington, 1979, 37 blz. EPA 57019-781006. 3. Gamble, D. R. Viruses in drinking water. The Lancet (1979)1/8113, p. 425-428. 4. Hill, W. F., Jakubowski, W., Akin, E. W. e.a. Detection of virus in Ivater: Sensitivity of the tentative standard method for drinking water. Appl. and Env. Microbiol. 31 (1976)) p. 254 - 261. 5. Katz, M. and Plotkin, S. A. Mini~nalinfective dose of attenuated poliovirzis for inan. J. Am. Publ. Hlth. Assn. 57 (1967) p. 1837- 1840. 6. Katzenelson, E., Fattal, B. and Hostovesky, T. Organic floccrilation: an efficient second-step concentration rnefhod for the detection o f viruses in tap water. Appl. and Env. Microbiol. 32 (1976) 4, p. 638 - 639. 7. Mahdy, M. S. Viruses in the water environment: An underestinlated problem. J A W A 71 (1979) 8, p. 445 -449. 8. Melnick, J. L., Gerba, C. P, and Wallis, C. Viruses in water. Bull. Wld. Hlth. Org. 56 (1978) 4, p. 499- 508. 9. Metcalf, T. G., Wallis, C. and Melnick, J. L. Environrnental factors influencing isolation o f enteroviruses fro~npolluted surface waters. Appl. Microbiol. 27 (1974) p. 920 - 926. 10. Welliigs, F. M., Mountain, C. W. and Lewis, A. L. Virus in grortnd,vafer. Proc. 2nd. Natl. Conf. Individziol on site waste~vatersystems. Ann Arbor (Michigan), Natl. Sanit. Fdn., 1975. 11. Wellings, F. M., Lewis, A. L., Mountain, C. W, e.a. Demonstration o f virus in groundwater after effluent discharge onto soil. Appl. Microbiol. 29 (1975) p. 751 - 757. t 12. World Health Organization. H u ~ n a ~virzises in water, wastewater and soil. Geneva, 1979, 50 blz. Technical Report Series no. 639.
Het verwijderen van micro-organismen bij de bereiding van drinkwater
van infiltratie toegepast en anderzijds open voorraadvorming via een spaarbekken. Met het toenemend gebruik van opperPathogene organismen afkomstig van vlaktewater als grondstof voor drinkwater faecalien van mens en dier die via het is de problematiek rond de aanwezigheid oppervlaktewater het spaarbekken binnenvan ziekteverwekkende (pathogene) microkomen zullen, indien de verblijftijd van het organismen de laatste jaren opnieuw in de water in het bekken voldoende lang is, belangstelling komen te staan. De aandoor natuurlijke processen (f ysischlchewezigheid van pathogene organismen in misch en biologisch) worden gelnactiveerd drinkwater heeft in het laatste decennium, omdat ze zich in een vreemd milieu bein een hoog geindustrialiseerd land als de vinden. Het is i.h.a. bij e k e zuiveringsstap VS talrijke kleine epidemieen veroorzaakt. van het grootste belang dat de bacterien TABEL I Aantal micro-organistncn per liter ivater De oorzaak hiervan was dat de besmette aangetroffen in de Rijn en de Maas [4,5]. die in het bacteriologisch onderzoek van ruwwaterbronnen niet adequaat werden water als indicator voor faecale verontOrganismen Rijn Maas reiniging worden gebruikt, de zgn.bacterien Bactenen van de coligroep niet sneller geinactiveerd 1 x 106 2,4 x 105 van de coligroep worden in het aquatisch milieu dan pathoThermotolerante 2 xi05 3 xi04 colibacteriin gene bacterien als bijv. de salmonella, 'Faecale' streptococcen 2 x 101 4 x 102 shigella of cholerabacterien. Clostridia sporen Tabel I11 geeft enkele inactiveringstijden 1,3 x 103 1 x 103 (su!fiet reducerend) van diverse bacterien welke verkregen Salmonella sp. 1,7 x 101 4 x lW 'Entero' virussen 1 x 102 6,3 x 101 werden in vergelijkende onderzoekingen door McFeters e.a. 161. H. J. VAN KRANEN Vandaar dat dan ook uitsluitend op de Chemisch Biologische TABEL I11 - Inactivering van indicator- en waterbehandelingsprocessen welke bij de Hoofdafdeling Rijksinstituut pathogene bacteriZn in bronwater *. bereiding van drinkwater uit oppervlaktevoor Drinkwatewoorziening water worden toegepast, zal worden inTijd in uren voor Type bacterie 50 % reductie gegaan. Enkele belangrijke zuiveringsIndicatorbacterie stappen die in Nederland worden toegepast Bactenen van de coli~roep 17 voor de bereiding van drinkwater uit gezuiverd en dat het tussenprodukt en het oppervlaktewater, zijn weergegeven in Pathogene bacterie eindprodukt niet regelmatig microbiologisch Tabel 11. Shigella sp. 22,4 - 26,8 gecontroleerd werden 11-31, waardoor niet Salmonella enteriditis sp. 6 op tijd maatregelen konden worden geTABEL I1 - Schema van belangrijke zuiveringsS. typhi. 16,O - 19,2 nomen. Om dergelijke situaties te voorVibrio cholera 72 komen is het noodzakelijk dat de ruwwater- processen bij de bereiding van drinkwater uit oppervlakteivater. bron een zodanige zuivering ondergaat, dat * Gegevens geselecteerd van McFeters e.a. [6]. Gesloten opslag het aantal (micro-)organismen dat uiteinde- Open opslag lijk in het drinkwater doordringt zo gering coagulatie spaarbekken Uit de gegevens van Tabel 111 blijkt, dat snelle zandiiltratie breekpuntschloring is, dat hun aanwezigheid geen enkel risico de meeste pathogene bacterien in dezelfde transport chloring coagulatie voor de consument inhoudt. De keuze van (duin)mfitratie snelle zandfiltratie orde van tijd of sneller afsterven dan de zuiveringsstappen is dan ook van groot langzamezandfikmtie* (ondergrondseopslag) de indicatorbacterien. Enkele Shigella sp. belang en dient mede afhankelijk te zijn actief kool (poederl blijken echter langere tijd te overleven dan fiterbed) van de soorten en aantaLlen (micro-)orgade bacterien van de coligroep. snelle zandfiltratie nisrnen aanwezig in de bron. langzame zandfiltratie Op grond van praktijkgegevens uit EngeIn deze bijdrage zullen in het kort enige chloor land 1131 blijkt, dat een verblijftijd van belangrijke zuiveringsprocessen die bij de 30 dagen voldoende is om in dit klimaat* Deze zuiveringsstap wordt niet altijd toegepast. bereiding van drinkwater uit oppervlaktetype pathogene bacterien in voldoende water worden toegepast worden gdvalueerd mate (75 % - 99 %) te reduceren. 3.. Zuiveringsprocessen m.b.t. de inactivering c.q. venvijderingsNaast pathogene bacterien worden ook capaciteit t.a.v. micro-organismen. Daar3.1. Spaarbekken pathogene virussen en met name enteronaast zal aan de hand van een rekenVanwege de schaarste aan winbaar zoet virussen in oppervlaktewater aangetroffen. voorbeeld worden nagegaan welke aantallen grondwater in het westen van Nederland Van belang is nu, inhoeverre de overlemicro-organismen in het drinkwater kunnen is het noodzakelijk oppervlaktewater van vingstijd van dit soort organismen, die qua worden aangetroffen bij de verschillende Rijn en Maas te gebruiken als grondstof structuur en grootte nogal verschillen van zuiveringsschema's en welke consequenties voor drinkwater. In droge perioden en bij bacterien, vergelijkbaar is met die van de dit kan hebben voor de consument. het voorkomen van een calamiteit op de indicatorbacterien in water. In de VS is rivier kan vanwege bijv. de geringe aanvoer door diverse onderzoekers een vergelijkend of de slechte kwaliteit van het water geonderzoek uitgevoerd m.b.t. het afsterven 2. De grondstof voor de bereiding durende een bepaalde tijd geen water aan en inactiveren van bacterien en virussen. van drinkwater deze rivier onttrokken worden. Derhalve De groep van Clarke [7] vergeleek reeds in Afhankelijk van de kwaliteit van de grondis voorraadvorming noodzakelijk. In Neder- 1956 de inactiveringstijd van twee enterostof zullen meer of minder zuiveringsland wordt dan ook op de daarvoor gevirussen met E. coli en S, faecalis bij verstappen bij de bereiding van drinkwater schikte plaatsen enerzijds voorraadvorming schillende temperaturen. Hierbij bleek dat worden toegepast. Grondwater heeft i.h.a. ondergronds (gesloten opslag) door middel beide virussen zich in het oppervlaktewater 1. Inleiding
een goede microbiologische kwaliteit, zodat dit type water slechts een beperkt aantal zuiveringsstappen behoeft. Het oppervlaktewater daarentegen bevat talrijke (pathogene) micro-organismen(tabel I), die vnl. afkomstig zijn van faecalien van mens en dier en daarom zal het ruwwater uit deze bron dan ook diverse zuiveringsstappen moeten ondergaan om hygienisch betrouwbaar drinkwater te verkrijgen.
TABEL IV
- Inactiveringstijderz van
Organismen Poliovirus Echovirus 7 E. coli S . faecnlis Poliovirus 1, 2, 3 Coxsackievirus A2, A9 Coxsackievirus B3
i)~icro-organis~i~e~~ in oppervlakte~tfater17-9,111.
Temperatuur ("c)
Tijd (dagen)
~hReductie
Referentie
I
I
aanzienlijk langer handhaafden dan beide bacterien, terwijl een verhoging van de temperatuur de overleving van zowel de virussen als de bacterien verkortte. Tevens werd geconstateerd dat de overleving van de virussen onderling nogal kon varieren (tabel IV). Andere onderzoekers [8-111 die zich eveneens met dit onderwerp hebben beziggehouden, bevestigden de eerdere resultaten van Clarke. Daarnaast bleken de overlevingstijden van virussen en bacterien, afhankelijk van de mate van waterverontreiniging, nogal te kunnen varieren (tabel V).
kan dan ook worden, dat het spaarbekken een waardevolle bijdrage kan leveren m.b.t. de reductie van het aantal pathogene micro-organismen, maar dat deze 'behandeling' echter van mindere betekenis wordt indien het water herbesmet kan worden met faecalien van mensen (recreatie) en dieren (bijv. "ogels).
mineerd water in zandpakketten is voor het eerst in de VS door Robeck e.a. [16] uitvoerig onderzocht. Filtratie van dit virus door onverzadigd zand toonde aan dat meer dan 99,9 % van het virus werd verwijderd. Eveneens werd door hen de langzame en snelle zandfiltratiestap bekeken. Bij toepassing van deze zuiveringsstappen bleek dat 96 % resp. 50 % van het virus kon worden verwijderd. In Nederland is een dergelijk onderzoek eveneens uitgevoerd. Uit deze studie van Hoekstra [4] bleek dat duininfiltratie een zeer effectieve stap is in het verwijderen van zowel bacterien als bacteriele virussen, terwijl het langzame zandfilter lagere en nogal varierende reductiepercentages te zien gaf [17] (zie tabel VI). In Engeland zijn eveneens talrijke studies uitgevoerd m.b.t. langzame zandfiltratie [18,19], waarbij vooral de nadruk lag op de verwijdering van bacterien. Deze resultaten bevestigen die van Hoekstra. Wat betreft het verwijderen van virussen is uitgebreid onderzoek gedaan aan langzame zandfilters door Poynter en Slade [20,21]. Uit de resultaten bleek dat het percentage virusverwijdering kon varieren van 97-99,8 % . Een ander opmerkelij k verschijnsel dat door Slade [21] werd gerapporteerd is dat in de winterperiode virus in het langzame zandfiltraat werd aangetroffen in een concentratie van ca. 1 p.f.u. per liter. Naast deze resultaten is door verschillende onderzoekers eveneens de verwijdering van virussen en bacteriofagen met behulp van snelle zandfiltratie nagegaan [22-241. Zoals te venvachten, werden bij deze filtratie relatief lage verwijderingspercentages gemeten welke varieerden van 0-98 % . In het algemeen is er minder informatie beschikbaar over de verwijdering van pathogene protozoa zoals Entamoeba histolytica, Giardia lamblia en andere parasieten
3.2. Filtratieprocessen Een belangrijk proces bij de bereiding van drinkwater is het zuiveren van oppervlaktewater middels filtratie in de duinen of m.b.v. zandfilters. Bij deze zuiveringsstappen kan het aantal micro-organismen door fysische en biologische processen drastisch gereduceerd worden. De afzonderlijke TABEL V - Geiniddeld aantal dageil nodig voor bijdrage van beide processen is in de 99,9q0 redlrctie van indicatorbacterien en praktijk moeilijk te kwantificeren. I n een dar111 virzdssen [9]. poging de bijdrage van de fysische proAfvalRivierLeidingcessen (filtratie en adsorptie) na te gaan, water water water Type werd door Lefler en Kott [14] de adsorptie organisme 4°C 4 ° C 2OCC 5 ° C 2@2S°C van virus aan zand nagegaan. Hun resulE . coli taten geven aan dat adsorptie aan zand S. faecalis sterk wordt bevorderd door toevoeging Poliovirus 1 100 van CaClz en MgC12 terwijl de adsorptie Poliovirus 3 Echovirus 7 130 veel minder effectief was indien vers zand Coxsackie werd gebruikt. Evenals in de studie van virus A9 120 Nestor en Costin [IS] werd bij een pHverhoging (boven neutraal) van het te Deze overlevingstijd blijkt afhankelijk te infiltreren water desorptie van het virus zijn van de mate waarin het water verontwaargenomen. reinigd is (tabel V). Een ander maar gunstig De verwijdering van enterovirussen door verschijnsel dat geconstateerd werd was, het filtreren van met poliovirus gecontadat onder laboratoriumcondities de overlevingstijden van virussen langer waren TABEL VI - Overziclzt van de ver~t~ijderingsperce~lt ages van micro-organisitlen bij verschillende dan onder veldcondities [9, 121. filfratieprocesse~~. Indien de gegevens m.b.t. het inactiveren van micro-organismen in oppervlaktewater worden geevalueerd, blijkt op grond van praktijkgegevens een verblijftijd van 30 dagen voldoende te zijn om pathogene bacterien in voldoende mate (75-99 %) te reduceren. Wat betreft de virussen blijkt uit laboratoriumstudies, dat een verblijftijd van 20 dagen een virusreductie van 99,9 % oplevert bij een watertemperatuur van 20-27 "C, terwijl maximaal75 dagen nodig zijn bij een watertemperatuur van 4-8 "C. Deze relatief lange verblijftijd van maximaal75 dagen verkregen onder laboratoriumcondities kan echter onder praktijkomstandigheden korter zijn. Geconcludeerd
Type behandeling
Organisme
Zand-, Duinfiltratie
Bacterien van de coligroep Thennotolerante colibacterien Koioniegetal Poliovirus Colifagen Bacteriin van de coligroep Thermotolerante colibacteriin Enterovimssen (niet getypeerd) Poliovirus Coxsackievirus Poliovirus Colifagen
Langzame zandfiltratie
Snelle zandf iltratie
% Reductie
Referentie
zeals Schistosonla sp. Door Rivas [25] is de venvijdering van Schistosoma sp. door diverse filtratieprocessen reeds in 1967 besproken. D e huidige stand van zaken is gegeven in een rapport van de National Academv of Sciences (NAS), r261. - Hieruit zou blijken dat deze organismen in de regel goed verwijderd worden door een filtratiestap.
Een overzicht van re~resentatieveresultaten van de verschillendeLfiltratiestappenis in tabel V I weergegeven.
TABEL VII - Ver~vijderingvan micro-organisn~en n1.b.v. coagulatie en seditrlentatie. Micro-organismen Bacterie v. d. coligroep Koloniegetal Coxsackievirus A2 Coxsackievirus A9 Coxsack'ievirus A2 Bacterie v. d. coligroep Giarda murk Polio v i m 1 (Sabin) ** ~
g
~
I
I
Temp. % Ver" C wijdering
Coagulant
Dosis mg/l
Turbidit. T.U.
pH
A12(so4)3
25
140-255
6,7-7,4
I5
10
-
-
-
12,6
14 9
-
22
65 68
-
FeC13
A12(s04)3
~ -gulatie ~
sbp ~ 3-7v
104,ml. ~
~
s
~
Referentie
99,4 99,3 95 93,8 96,6 97 96
27 33 27 13
90 ~
~
~
$
ietwat lager percentage te zien (tabel VII). Een dergelijk resultaat werd door Berg en medewerkers [23] eveneens gevonden bij toepassen van dezelfde coagulatiemiddelen (tabel VII). Een opmerkelijk verschijnsel dat door Manwaring [34] en Sproul[351 werd geconstateerd, was dat de in het Reeds in 1942 is door Kempf e.a. [30] in precipitaat aanwezige micro-organismen de VS het gedrag van poliovirus met niet volledig zijn ge'inactiveerd. Een vooraluminiumhydroxide nagegaan, waarbij beeld van een dergelijk gedrag geeft afb. 1. de resultaten meer vragen opleverden dan We1 bleek dat bij een lage dosis coagulant oplosten. Pas in de vijftiger jaren kwamen de virussen i.h.a. beter werden verwijderd betrouwbare resultaten ter beschikking en dan de bacterien, maar dat bij coagulant vooral de groep van Chang heeft in die doses van 20-25 mg/l ook de bacterien beginperiode een bijdrage hieraan geleverd. vergelijkbaar aan virussen werden verMet behulp van laboratorium- en veldwijderd. experimenten toonde Chang e.a. [31,321 I n een recent overzichtsartikel is door 3.3. Coagulatie en sedirnentatie aan, dat met behulp van aluminiumsulfaat Sproul de verwijdering van virussen m.b.v. bacterien van de coligroep en een coxsackie- een coagulatiestap samengevat en geevaEen zuiveringsstap die veelal bij de bereivirus met ca. 94 % werden venvijderd. ding van drinkwater wordt toegepast en lueerd [30]. Hij komt daarbij tot de volgenToepassing van ijzer-(111)-chloridegaf een meestal voorafgaat aan bijv. een snelle de conclusies: zowel ijzer als aluminiumzouten hebben dezelfde mogelijkheden om Afb. 1 - Bacterien in afva1,vater ~verdenvenvijderd d.ri1.v. CU(OH)~coagulatie (pH=11,2). Het met name het polio- en coxsackievirus te gevorrnde precipifaat ~verdnu ca. 30 rninuten opgelost door toevoeging van HCI en vervolgens verwijderen wanneer een voldoende hoge werd het nantal bacterien 'nn.b.v. menzbraanfilfratie bepaald. dosis wordt toegepast. Verwijderingspercentages van het virus van meer dan 90 % kunnen hierbij worden verkregen. Onder optimale omstandigheden (pH tussen 5-6,5) en gebruik van aluminium of ijzerfosfaten kan zelfs meer dan 99,99 % van het virus worden venvijderd. Omstandigheden die de venvijdering van het micro-organisme negatief be'invloeden zijn het toepassen van anionische polyelectrolyt-coagulatiehulpmiddelen. Daarnaast bleek op grond van laboratoriumexperimenten de aanwezigheid van organische stoffen ook de verwijdering van virussen negatief te be'invloeden. I n pilot plant studies werd dit effect echter niet geconstateerd.
Indien de gegevens van Tabel VI worden samengevat, blijkt dat het zuiveren van water via filtratie in de duinen een uiterst effectieve zuiveringsstap is omdat meer dan 99,99 % van de pathogene micro-organismen bij deze stap wordt verwijderd. Wat betreft de verwijdering van de bacterien en virussen m.b.v. een langzame- en snelle zandfiltratiestap blijkt dat indien langzame zandfiltraties op een adequate manier worden toegepast eveneens relatief hoge verwijderingspercentages onder praktijkomstandigheden kunnen worden verkregen. D e verwijderingscapaciteit van de snelle zandfilters blijkt echter gering te zijn.
zandfiltratie is een coagulatiestap gevolgd door sedimentatie. Coagulatiemiddelen als aluminiumsulfaat, ijzer (111) chloride en coagulatie-hulpmiddelen in de vorm van polyelectrolyten worden hierbij toegepast.
3.4. Desinfectieprocessen 3.4.1. Chloor Sinds het begin van deze eeuw wordt chloor het m e a t toegepast als desinfectant bij de bereiding van drinkwater. Chloor wordt meestal gebruikt in zijn elementaire vorm of als hypochloriet. Afhankelijk van de pH van het water en de aanwezigheid van ammonia in het water
komt het chloor voor in de vorm van hypochloorzuur of na reactie met ammonia als chlooramine. De desinfectiecapaciteit van deze vormen varieert nogal en neemt als volgt toe: C12 > HOCl > OC1- > NH2C14 > R-NHCI [36-391. De desinfectiecapaciteit van chloor is afhankelijk van de ammoniumconcentratie en van de pH, maar blijkt daarnaast ook nog afhankelijk te zijn van de aanwezigheid van veel of weinig oxideerbaar organisch materiaal. Reeds in 1952 vonden Allan en Brooks [33] dat de aanwezigheid van het aminozuur glycine de inactiveringstijd van de bacterie E. coli verlengde van 22 minuten tot 4 uur. Dergelijke verlengingen van overlevingstijden ten gevolge van de aanwezigheid van organisch materiaal werden door latere onderzoekingen bevestigd [40,41]. Naast de reeds genoemde variabelen speelt ook de temperatuur van het water waarin het chloor wordt ingebracht een belangrijke rol. In de VS is in de vijftiger jaren vooral aan dit onderwerp onderzoek gedaan, waarbij eveneens de resistentie van bacterien en virussen t.0.v. chloor werd betrokken. Clarke en Kabler [42] vonden in dergelijke experimenten dat in 5 minuten 99,9 % E. coli werden gei'nactiveerd, terwijl onder dezelfde condities 46 keer zoveel chloor nodig was om een iets geringer percentage van een coxsackievirus te inactiveren. Wanneer de temperatuur van 2 O C naar 25 "C werd verhoogd, bleek nog zevenmaal zoveel chloor nodig om dezelfde hoeveelheid van het coxsackievirus te inactiveren. Dat een virus niet altijd resistenter t.0.v. een chloorbehandeling is dan een bacterie werd eveneens door Clarke e.a. [43] aangetoond. In dit geval werd zowel voor een adenovirus als voor de bacterien E. coli en S. typhi eenzelfde inactiveringstijd gevonden. Indien de inactiveringstijden van de verschillende bacterien en enterovirussen onderling worden vergeleken blijkt dat afhankelijk van de pH nogal grote variaties kunnen optreden (tabel VIII). In een recente studie van Engelbrecht e.a. [44] blijkt zelfs dat binnen CCn type organisme, zoals de poliovirussen en echovirussen, inactiveringstijden na een chloorbehandeling nogal kunnen varieren (tabel VIII). We1 is duidelijk geworden, dat enterovirussen aanzienlijk resistenter zijn ten opzichte van een chloorbehandeling dan de gebruikte indicatorbacterien. Behalve enterovirussen blijken ook gisten, zuurvaste bacilli en bacteriele sporen ten opzichte van chloor zeer resistent te zijn [43,45,48] (tabel VIII).
TABEL VIII
- Overu'chi inactivering van r~~icro-orgmtisn~en door
Organisme E. coli Coxsackievirus A2 E. coli S. illphi Adenovirus 3 Coxsackievirus A2 E. histolyiica (cysten) B. anthracis (sporen)
Temperatuur pH ("c)
I '"
cl~loor.
Contacttijd (minuten)
Vrij chloor (mg/l)
5 9,7
7
% I~ctivenng
Referentie
0,03 0,60
99,6 99,6
42
Poliovirus 1 Poliovirus 2 Echovirus 1 Echovirus 5 Coxsackievims A9 Coxsackievirus B5 Giardia larr~blia (cysten)
I 5
10;30
8
100
6 ;7-8 &8
10 ;60
2,s 1,s
1M) 100
48 15 25
a
&7;8
10
waarden verkregen door extrapolatie of interpolatie.
Naast de bovengenoemde organismen is in de laatste tijd door het met name in de VS veelvuldige optreden van giardiasis [46] hetgeen in sommige gevallen te wijten was aan besmet drinkwater, het gedrag en de inactivering van dit soort pathogene protozoa sterk in de belangstelling gekomen. Door Chang e.a. [47] is in de VS reeds in de vijftiger jaren onderzoek aan de protozoa E. histolytica uitgevoerd. Uit dit onderzoek bleek, dat ca. 2 mg chloor nauwelijks effect had op de cysten. Hoewel de resultaten over het gedrag van dit soort organismen beperkt zijn, heeft de National Academy of Sciences in de VS de beschikbare resultaten samengevat en de voorlopige conclusie is, dat ca. 9 mg/l chloor met een contacttijd van 20-30 minuten nodig is om deze cysten te doden [25]. Uit een recente studie van Jarroll [48] waarbij de inactivering van Giardia lamblia door chloor werd nagegaan, blijkt dat de conclusie uit het NAS-rapport voorlopig kan worden gehandhaafd. We1 komt uit deze studie naar voren dat bij een temperatuur van 25 O C een aanzienlijk lager vrijchloorgehalte nodig is dan bij een watertemperatuur van 5 "C. Een beknopt overzicht van het inactiveren van diverse micro-organismen door chloor is in tabel VIII weergegeven. Uit de resultaten van tabel VIII blijkt, dat een chloorbehandeling een zeer effectieve desinfectiestap kan zijn voor het inactiveren van bacterien en virussen. Eveneens blijkt uit de resultaten dat enterovirussen in het algemeen aanzienlijk resistenter zijn dan bacterien, maar dat de bacteriele sporen op hun beurt resistenter ten opzichte van chloor zijn dan de beschouwde enterovirussen. Geconcludeerd kan worden, dat afhankelijk van de pH en het type entero-
virus bij een chloorgehalte van ca. 0,5 mg/l meer dan 99 % van het virus gei'nactiveerd kan worden bij een contacttijd varierend van enkele minuten tot een uur. Aangezien meer dan 100 verschillende enterovirussen kunnen worden aangetroffen en de inactiveringsresultaten met een beperkt aantal 'laboratorium'virussenstammen (5 tot 10 typen) zijn verkregen, dient men voorzichtig te zijn met het extrapoleren van deze resultaten naar de overige virussen, zoals in 1980 door Shaffer e.a. [49] is aangetoond. Zij isoleerden nl. poliovirus type 1 uit gechloreerd drinkwater. Deze poliostam bleek aanzienlijk resistenter tegen chloor dan de 'laboratorium' poliostammen. Het inactiveren van protozoacysten door chloor blijkt zeer afhankelijk te zijn van de watertemperatuur en in mindere mate van de pH van het water. Hoewel een verhoging van de watertemperatuur de inactivering sterk bevordert, blijkt voor een volledige inactivering van de cysten bij een watertemperatuur van 15 "C en een p H van 7-8 nog een relatief hoog vrij-chloorgehalte van 2,s mg/l en een contacttijd van 60 minuten nodig te zijn [48]. 3.4.2. Ozon Ozon, een allotrope vorm van zuurstof, werd voor het e r s t in Nice (Frankrijk) als desinfectiestap toegepast bij het zuiveren van water. Deze zuiveringsstap heeft voornamelijk in Europa praktische toepassing gevonden. In 1976 bleken er reeds zo'n 200 waterbehandelingssystemen ozon te gebruiken, tenvijl in de VS slechts een drietal watersystemen van ozon gebruik maakte [50]. De belangstelling voor deze zuiveringsstap neemt echter ook de laatste jaren in de VS toe. De desinfectiecapaciteit van ozon blijkt in
vergelijking met chloor (op basis van restgehaltes in water) aanzienlijk groter te zijn [51, 521. Evenals voor chloor geldt dat de desinfectiecapaciteit van ozon afhankelijk is van hoeveelheid organisch materiaal in water, de contacttijd en het soort organisme dat gei'nactiveerd moet worden. Cherkinsky en Traktman [56] vonden bijv. dat gedurende de eerste vijf minuten geen inactivering van het virus plaatsvond maar dat het ozon verbruikt werd voor het oxideren van organische stoffen. De desinfectiecapaciteit van ozon is echter minder afhankelijk van de pH van het water dan chloor [53, 541. Reeds in 1943 werd door Kessel e.a. [51] de grote inactiveringscapaciteit van ozon aangetoond. Zij vonden nl. dat 0,050,45 ppm ozon in twee minuten eenzelfde hoeveelheid poliovirus vernietigde als 0,5-1 ppm chloor in een paar uur. Pas na 1960 is uitgebreid onderzoek verricht naar de desinfectie capaciteit van ozon en vooral naar de inactivering van de enterovirussen. In die periode heeft vooral de groep van Coin in Frankrijk baanbrekend werk verricht [55]. Uit hun onderzoekingen bleek, dat meer dan 99,9 % van een poliovirus kon worden gei'nactiveerd bij een rest ozongehalte van 0,4 mg/l en een contacttijd van minimaal drie minuten. Gedurende de laatste jaren zijn talrijke onderzoekingen verricht m.b.t. het inactiveren door ozon van enterovirussen en bacterien [52 57-61]. Een beknopt overzicht van de inactiveringspercentages van verschillende micro-organismen na een ozonbehandeling geeft tabel IX. Uit de resultaten in tabel IX blijkt, dat ozon inderdaad een zeer krachtig desinfectiemiddel is wat betreft het inactiveren van bacterien en virussen. Poliovirus bijv. blijkt voor meer dan 99,99 % te kunnen worden gei'nactiveerd bij een rest ozonTABEL IX
- Overu'clrf inactivering van
E. coli
t
Coliiaag Poliovirus E. coli C . albicans B. cereus (sporen) B. globigii (sporen) E. coli S. rrureus S. typhinmuriu~n S. flexneri Ps. aeruginosa V.Cholera Poliovirus 1 ' Poliovirus 2
Zuiveringsstap Spaarbekken * Coagulatie Zandfitratie
*
Contacttijd (minuten)
Thermotolerante colibacterien
Poliovirus
1- 2 15-30 4
95-99,9 90-99,9 10-50 70-99,8 99,99 999 99,9-99,99 99,999
99-99,9 90-99,9 0-50 96-99,99 99,99 99,9 99-99,9 99,99
- Snelle - Langzame
Duininfiitratie Chloorbehandeling- Breekpunts - Veiligheids Ozon
2-3 0,l-0,5 0,3-0,4
Gerniddelde verblijftijd 30 tot 75 dagen.
TABEL XI
- Sclraffing van het aantal micro-organi;rnen per Oppervlakte water (Rijn)
Organismen Thermotolerante colibacterien Enterovirussen
2 x 108 106
rn3 drinkIvafer.
Drinkwater Gesloten opslaga optimaalc praktijkd
Open opslag b optirnaal c praktijkd
1 x 10-2 5 x 10-6
2 x 10-8 1 x 10-10
64 x 10-2 64 x 10-4
1 x 10-2 8 x 10-4
a geen veiligheidschloorbehandeling toegepast b geen ozonbehandeling toegepast c verwijderingsstappen gedirnensioneerd op optimale virus verwijdering d venvijderingspercentages geschat welke onder praktijkomstandigheden kunnen voorkomen. TABEL XI1 - Venvijderingspercentages foegepast voor her berekenen van het aantal ,,microorganisr~menin drinkIvafer.
Open opslag
Verwijderingspercentage indicatorbacterien/virus optimaal praktijk
Spaarbekken Breekpuntschloring Coagulatie Snelle zandfitratie Langzamezandfiltratie* Veiligheidschloring* Ozon*
99,9 /99,9 99,99/99,9 99,8 /99,8 50 150 99 /99,43 99,99/99,9 99,999/99,99
95 I99 99,9 199 90 190 20 120 95 199 99,9 199 99,99/99,9
Gesloten opslag Coagulatie Snellezandfiltratie Transportchloring Infiltratieduinen Actief kool Snelle zandfiitmtie Langzame zandfdtratie Veiligheidschloring *
Verwijderingspercentage indicatorbacterien/virus praktijk optimaal
.
.
.
*
deze behandelingen niet altijd tegelijkertijd in zuiveringsschema toegepast - behandeling niet in beschouwing genomen.
gehalte van ca. 0,5 mg/l met een contacttijd in de orde van grootte van 4 minuten. D e resistentie van de verschillende orga-
Contacttijd (min.)
0,02; 0,14
4
0,13
3
0,16 0,80 0,83
3 3 60
0,6-1,O 0,3
Restgehalte aan desinfectant (mg/l)
nricro-organinnen door ozon.
Rest ozongehalte (mgll)
Organismen
TABEL X - Gescltatfe ver~vijderingspercenfa~es va:m diverse zmtiveringssfappenbij de bereidi~mgvan drink~vater.
1-2 1
%
Inactivering
999; 76; 99,997 69; 99,96 > 99,999
Referentie
57 58
99,997 99,x 999
99,999 99,9
60,61
nismen ten opzichte van ozon blijkt verder vergeiijkbaar te zijn met die van chloor, daar bacteriele sporen en enterovirussen aanzienlijk resistenter zijn dan de indicatorbacterien. 4. De microbiologische kwaliteit van drinkwater bereid uit oppervlaktewater na zuivering Grote aantallen micro-organismen waaronder enkele met pathogene eigenschappen worden in de rivieren Rijn en Maas aangetroffen (Tabel 11). Beide verontreinigde rivieren dienen echter als drinkwaterbron voor ca. 5 miljoen Nederlanders. Uitgaande hiervan is getracht een schatting te maken van het aantal micro-organismen dat in het drinkwater aanwezig kan zijn, na het toepassen van de 0.a. reeds beschouwde zuiveringprocessen (Tabel I). De schattingen zijn gebaseerd op het maximale
aantal indicatorbacterien (thermotolerante colibacterien) en enterovirussen welke in de Rijn zijn aangetoond, (Tabel 11), met dien verstande, dat van 106 virussen per m3 Rijnwater is uitgegaan. Hiertoe is besloten, omdat op grond van WHO-schattingen slechts een beperkt aantal virussen welke in water voorkomen, kunnen worden aangetoond [62]. D e verwijderingspercentages, welke eveneens zijn geschat, zijn afgeleid van de reeds besproken zuiveringsprocessen en zijn weergegeven in Tabel X. Met behulp van deze tabel is het aantal bacterien en virussen berekend dat in het drinkwater kan worden aangetroffen, na toepassing van twee zuiveringsschema's (Tabel XI). De gebruikte verwijderingspercentages voor de zuiveringsschema's zijn in Tabel XI1 weergegeven. Uit de resultaten in Tabel XI blijkt, dat onder praktijkomstandigheden en zonder dat een veiligheidschloring en ozonbehandeling bij een gesloten en open opslag worden toegepast, resp. zeer geringe aantallen bacterien en virussen in het drinkwater zullen worden aangetroffen als beide zuiveringsschema's worden toegepast. Indien de zuiveringsprocessen gedimensioneerd zouden worden op optimale verwijdering van virussen dan kan het aantal virussen nog met ca. een factor 1000 verlaagd worden. Gezondheidsrisico's bij het consumeren van drinkwater Sinds de vorige eeuw is uit het werk van Pasteur, Koch en Eberth bekend geworden, dat pathogene (micro-)organismen in staat zijn mensen te infecteren met als mogelijk TABEL XI11 - Iltfectieuze dosis voor de nzetts van diverse t~~icro-organismen 1131. Organisme Bacterien Salmonella Shigella Yersinia Leptospira Vibrio b
HID^,^ 106 102-1 01 106 < 102 104-1OG
Virussen Enterovirus c Hepatitis A virus Rotavirus Parasieten Enfattloeba histolytica Giardia lamblia HID5,, = Human Infective Dose 50 %, d.w.z. het aantal (micro-)organismen nodig om 50 % van de gexposeerde mensen te infecteren. b Vibrio cholera, stam Inaba: 1W bacterien infecteerden 11 van de 13 personen [251. c Poliovirus: 1 TCIDBo infecteerde 3 van de 10 personen; 2 pfu infecteerde 2 van de 3 personen [25, 631. :t
pathogene bacterien aanwezig kunnen zijn. De huidige drinkwaternorm houdt dan ook in dat 100 ml drinkwater geen thermotolerante colibacterie mag bevatten. Deze standaard is mede gebaseerd op ervaringsfeiten en deze norm sluit daarom niet geheel de mogelijkheid uit dat bijv. veel resistentere organismen zoals virussen in het drinkwater kunnen doordringen; met andere woorden de norm garandeert geen absolute veiligheid. Anderzijds blijkt op grond van vele jaren ervaring in tal van Uit Tabel XI11 blijkt, dat i.h.a. grote aanlanden dat deze bacteriologische norm in tallen bacterien nodig zijn, m.u.v. leptode praktijk goed voldoet. Wat betreft de spira, om de q e n s te infecteren. Wat de aanwezigheid van de meer resistente pathovirussen betreft blijkt het aantal virussen, gene micro-organismen bijv. enterovirussen nodig om de mens te infecteren, minder in drinkwater lijkt de conclusie gerechtvaardan 100 te bedragen en de resultaten van digd dat de aanwezigheid van dit soort Plotzkin e.a. [63] suggereren zelfs, dat organismen in de ruwwaterbron geen gevaar slechts een enkel virusdeeltje hiertoe in voor de consument oplevert indien een staat zou zijn. In hoeverre dit als reeel juiste keuze van zuiveringsstappen wordt beschouwd moet worden is aan de hand van recent onderzoek opnieuw ter discussie gedaan, zoals uit het volgende rekenvoorbeeld zal blijken. Hierbij is van het gesteld [64,65]. Uit deze gegevens blijkt maximaal gevonden aantal virussen in nl. dat minimaal50 keer zoveel viruseenoppervlaktewater uitgegaan alsmede van heden nodig zouden zijn als de resultaten het zuiveringsschema 'gesloten opslag' van van Plotzkin e.a. [63] aangeven. De distabel XI1 zonder toepassing van een voordat de minimale infectieuze dosis veiligheidschloring. van bacterien en virussen is echter nog In Nederland distribueert een groot waterlang niet afgerond en er zal dan ook nog leidingbedrijf met bijv. een gesloten opslag veel onderzoek verricht moeten worden ca. 2 x 105 m3 drinkwater per dag aan CBn voordat de minimale infectieuze dosis eenduidig voor de diverse micro-organismen miljoen mensen. De gemiddelde dagelijkse consumptie is ca. 1,2 liter ongekookt drinkis vastgesteld. water per dag [67], m.a.w. per dag wordt 1,2 x 106 liter ongekookt drinkwater geUit de gegevens in Tabel X I blijkt dat consumeerd. slechts zeer geringe aantallen pathogene Dit houdt in dat, indien de virussen enigsbacterien en virussen in het drinkwater zullen worden aangetroffen, zodat voor het zins zijn verdeeld over het totale gedistribueerde hoeveelheid water (2 x l o b 3 ) , er aantonen van deze organismen zeer grote 1,2 x 103 x 64 x 10-"irussen (Tabel XI) = volumina drinkwater onderzocht zouden 8 virusdeeltjes per dag geconsumeerd moeten worden. Een complicerende factor worden. Op grond van de reeds besproken hierbij is dat het isoleren en identificeren gegevens aangaande de minimale infecvan pathogene micro-organisrnen nogal tieuze dosis, blijkt dat het aantal virustijdrovend is. Dit kan varieren van C6n deeltjes in water te gering is om de contot enkele weken afhankelijk van het type sument te infecteren. Indien tijdens deze organisme dat ge'isoleerd en geidentificeerd zuivering nog een veiligheidschloring of moet worden. Daarom worden (thermoeen ozonbehandeling toegepast zou worden, tolerante) colibacterien als zgn. indicatordan zou het aantal virusdeeltjes in de totale bacterien gebruikt. Deze bacterien kunnen hoeveelheid gedistribueerd drinkwater binnen 24 uur worden aangetoond en ze beneden het infectieniveau liggen, m.a.w. geven voldoende in£ormatie over de bacteriologische (hygienische) kwaliteit van de totale hoeveelheid gedistribueerd water het drinkwater. De achterliggende gedachte zou geen enkel risico opleveren voor de gezondheid van de consument. hierbij is, dat het aantal thermotolerante colibacterien te correleren is met het aantal pathogene bacterien zoals bijv. Salmonella 5. Samenvatting en conclusie en Shigella sp. Voor bijv. Salmonella typhi Diverse ziekteverwekkende organismen en bacterien van de coligroep is dit door kunnen worden aangetroffen in water dat Kehr en Butterfield in het verleden uitgecontamineerd is met huishoudelijk afval gevoerd [66]. Uit hun onderzoek werd aanof faecalien van mens en dier. Het is nemelijk dat in verontreinigd water de daarom van belang voor de waterleidingE. coli/Salrnonella typhi ratio ca. 106 bedraagt. De aanwezigheid van een behoorlijk bedrijven welke in toenemende mate gebruik moeten maken van dit besmette aantal bacterien van de coligroep kan dus water, de inactiverings- c.q. verwijderingshet gevaar inhouden dat dan ook deze gevolg het optreden van ziekten. De mens is echter in staat zich tegen dit soort ziektevenvekkende organismen te beschermen en daarom zullen in het algemeen meerdere organismen nodig zijn om de mens te infecteren. Enkele voorbeelden van aantallen bacterien en virussen die nodig zijn om een dergelijk effect te veroorzaken zijn in Tabel XI11 weergegeven.
percentages van de verschillende zuiveringsstappen te kennen. Diverse zuiveringsstappen, nl. opslag in een spaarbekken, duininfiltratie, coagulatie, snelle en langzame zandfiltratie en de veel toegepaste desinfectants ozon en chloor, zijn dan ook geevalueerd m.b.t. het verwijderen c.q. inactiveren van micro-organismen. Voor elke zuiveringsstap is vervolgens op grond van de verwijderings- en inactiveringsgegevens een verwijderingspercentage geschat (Tabel XII). Bij het toepassen van deze geschatte venvijderingspercentages blijkt, dat een juiste combinatie van verschillende zuiveringsstappen hygienisch betrouwbaar drinkwater kan leveren, welke conclusie dan ook geheel in overeenstemming is met de praktijk van vele jaren drinkwaterbereiding in Nederland. Bij het in de praktijk gebruiken van de geschatte verwijderings- en inactiveringspercentages moet echter we1 de nodige voorzichtigheid betracht worden omdat afhankelijk van plaatselijke omstandigheden deze waarden afwijkingen kunnen vertonen. Vooral met de verwijderingspercentages van virussen moet men voorzichtig zijn, omdat deze percentages vnl. gebaseerd zijn op een beperkt aantal enterovirussen tenvijl er totaal meer dan 100 enterovirussen zijn gejidentificeerd. Voor wat betreft het inactiveren en verwijderen van cysten van parasieten blijkt dat nog betrekkelijk weinig informatie voorhanden is. De gegevens die bekend zijn geven aan, dat dit soort organismen i.h.a. via filtratieen coagulatieprocessen effectief kan worden verwijderd en dat voor het inactiveren van de cysten een zeer hoge dosis chloor toegepast moet worden. Ook hier geldt echter dat adequaat behandeld water, waarbij coagulatie en filtratie essentiele zuiveringsstappen zijn, geen hygienische problemen oplevert. Samenvattend lijkt de conclusie dan ook gerechtvaardigd dat een juiste combinatie van bestaande zuiveringsprocessen het aantal pathogene (micro-)organismen zodanig reduceert, dat het gezuiverde drinkwater uit microbiologisch oogpunt geen enkel risico voor de consument oplevert. Literatuur 1. Craun, G. F. and McCabe, L. J. (1979). Revieiv o f the carises o f ivaterborne - disease outbreaks. J. Am. Wat. Wks. Ass. 65, 74. 2. Craun, G. F., McCabe, L. J. and Hughes, J. M. (1976). Waterborne disease outbreaks in the US. 1971 - 1974. J. Am. Wat. Wks. Ass. 68: 420. 3. Craum, G. F. (1979). Waterborne Disease - A Status Report E~nphasizingOutbreaks in Ground Water Systerlzs. Ground water 17, 83. 4. Kool, H. J. (1978). Treatnlerrt processes applied in public ivater supply for the ret~lovalo f rr~imoorganisnts. In: Biological Indicator o f Wafer
Qrtality. Eds. A. Jones and L. Evision. John Wiley and Sons USA, England. 5. Havelaar, A. H. and Erne, E. H. W. van (1979). RIV. Health in 43/80 Zoon. Escherichia coli en Saln~onellain de groote Rii~ieren.1979. 6. McFeters, G. A., Bissonnette, G. K., Joneski, J. J., Thomson, C. A. and Stuart, D. G (1974). Cor~svarafive srirvival o f indicator bacteria and enteropatltogerts in well water. Appl. Microbiol. 27, 823. 7. Clarke, N. A., Berg, C., Kabler, P. W. and Chang, S. L. (1962). Hurtran erzteric virrrses in ivater, source, survii~aland reritovability. Int. Conf. Water Poll. Res. 3-7 September London paper no. 18. 8. Clarke, N. A., Stevenson, R. F. and Kabler, P. W. (1%5a). Srirvival of Coxsackie virus in ivater and selvage. J. Am. Wat. Wks. Ass. 48, 677. 9. Akin, E. A., Benton, W. H. and H i Jr., W. F. (1971). Enteric viruses in ground and surface waters. A review of their occurrence and survival. In Proceedings: thirtheenth Water Quality Conference. Virus and water quality occurrence and control. Department of Civil Engineering, University of Illinois at Urbana Champaign and the Illinois Environment Protection Agency, 59. 10. Herrmann, J. E., Kostenbader, K. D. Jr. and Cliver, D. 0. (1974). Persistence of enteroviruses in Lake Water. Appl. Microbiol. 28, 895. 11. O'Brien, R. T. and Newman, J. S. (1977). Inactivation of Polioviruses and Coxsackie viruses in srtrface ivater Appl. Envir. Microbiol. 48, 677. 12. Metcalf, T. G. and Stills, W. C. (1969). Survival o f enteric viruses in estuary waters and shell fish. In: Transr~rissionof Viruses by the Water Route. G. Berg. ed. Interscience Publ. New York, 439 -447. 13. NATO-CCMS-Pilot. Study on Drinking Water Srtpply Problems Microbiol pafhogem transnritted by water. In: Project area 111: Microbiology (in press). 14. Leffler, E. and Kott, Y. (1974). Enteric virrises behaviorcr in sand dunes. Israel Technol. 12, 298. 15. Nestor, I. and Costin, L. (1971). The rer~toval o f Coxsackie virus from water by sand obtained frorlt the rapid sandfilters of ivaterplants. J. Hyg. Epidem. Microbiol. Irnmun. 15, 129. 16. Robeck, G. G., Clarke, N. A. and Dostal, K. A. (1962). Effectiveness o f water treatment processes in virus retnoi~al.J . Am. Wat. Wks. Ass. 54, 1275. 17. Hoekstra, A. C. (1978). Rapport Desinfectie van Haags drinkivater en zuiverende werking van de Iangzarl~ezandfilters (periode 1966-1978). Duinwaterleiding van 's-Gravenhage. 18. Burmann, N. P. (1962). Bacteriological Confrol o f slow sand filtration. Effl. and Water Treatment J. 2, 674. 19. Metropollution Water Board Reports, 1966, 1967, 1968, 1969, 1970 a and b) 1971-1973 a, b London UK. 20. Poynter, S. F. B. and Slade, J. S. (1977). The re~ttovalo f virrises by slow and sand filtration. Prog. Wat. Techn. 9, 75. 21. Slade, J. S. (1978). Enterodrrcses in slow sand filtered ivater. J. Inst. of Water Engins and Scientists, 32, 530. 22. Berg, G., D a n , R. B. and Dahling, D. R. (1968). Rerrroval o f Poliovirus I frotn secondary efflrierttsby litne flocculation and rapid sand filtration. J. Am. Wat. Wks. Ass. 60, 193. 23. Berg, G. (1971). Renroval o f bacteria and viruses. Paper presented to WHO meeting. Dec. 1971, Geneva. 24. Guy, M. D., McIver, J. D. and Lewis, M. J.
of virus by a pilot treahnent (1977). The re~~roval plant. Wat. Res. 11, 421. 25. Rivas, M. G. (1967). Influence o f ivater and seivage treatment processes on Schisfoson~es.Med. Bull. Standard Oil Co. 27, 280. 26. National Academy of Sciences (1977). Microbiology o f drinking water. Chapter 3 In: Drinking water and health safe drinking water committee Washington D.C. 27. Chang, S. L., Stevenson, R. E., Bryant, A. R., Woodward, R. L. and Kabler, P. W. (1958). Retnoval of Coxsackie and bacterial viruses in ivater by flocculation. Part I1 Am. J. Publ. Hlth. 48, 159. 28. Berg, G., Dean, R. B. and Dahling, D. R. (1968). Rernoval of poliovirus I from secondary effluents by linte flocculation and rapid sand filtration. J. Am. Wat. Wks. Ass. 60, 193. 29. Guy, M. D., McIver, J. D. and LRwis, M. J. (1977). The removal of virus by a piloi treatr~rertt plant. Water Res. 11, 421. 30. Sproul, 0. J. (1980). Critical Review of virus rer~roialby coagulation processes and pH nlodifications. EPA report: 60012-80-004. US EPA, National Technical Information Service Springfield Virginia 22161. 31. Chang, S. L., Stevenson, R. E., Bryant, A. R., Woodward, R. L. and Kabler, P. W. (1958). Rertloval o f Coxsackie and bacterial viruses in water by flocculation. Part I Am. J. Publ. Hlth. 48, 51. 32. Chang, S. L., Stevenson, R. E., Bryant, A. R., Woodward, R. L. and Kabler, P. W. (1958). Rer~tovalo f Coxsackie and bacterial viruses in it~aterby flocculation. Part I1 Am. J. Publ. Hlth. 48, 159. 33. Allan, L. A. and Brooks, E. (1952). Some factors affecting the bacteriological action o f chlorine. Proc. Soc. Appl. Bact. 15, 155. 34. ~Manwaring,J. F., Chaudhuri, M. and Engelbreoht, R. S. (1971). Rentoval of viruses by coagulatiort and flocculation. J. Am. Wat. Wks. Ass. 63, 298. 35. Sproul, 0. J. (1972). Virus inactivation by itlater treatrirent. J. Am. Wat. Wks. Ass. 64, 31. 36. Butterfield, C. J., Wattie, E., Megregian, S. and Chambers, C. W. (1943). Influence o f pH or the survival of coliforms and and te~~tperature enteric pathogens ivhelt exposed to free chlorine. Public Health Rep. 58, 1837. 37. Morris, J. C. (1967). The future of chlorination. J. Am. Wat. Wks. Ass. 58, 1475. 38. Feng, T. H. (1966). Bzhaviour o f organic chlorar~tinesin disinfection J. Water Poll. Control. Fed. 38: 614. 39. Carlson, S., Hasselbarth, U. und Sohn, F. W. (1976). Untersuchungen iiber Virusinaktivierung durch Chlor bei der Wasserdesinfelction. Z. bl. Bakt. Hyg. Abt. Orig. B. 162, 320. 40. Cerkinsky, S. and Traktman, N. (1972). The present status o f research on the disinfection of drinking ivater in the USSR. Bull. Wld. Hlth. Org. 46, 277. 41. Kjellander, J. and Lund, E. (1965). Sensitivity o f E. coli and Poliovirus to different forms o f cor~tbinedchlorine. J. Am. Wat. Wks. Ass. 57, 893. 42. Clarke, N. A. and Kabler, P. W. (1954). The inactivation o f purified Coxsackie virus i n water by chlorine. Am. J. Hyg. 59, 119. 43. Clarke, N. A,, Stevenson, R. E. and Kabler, P. W. (1956). The inactivation o f purified type 3 Adenovirus ht ivater by chlorine. Am. J. Hyg. 64, 314. 44. Engelbrecht, R. S., Weber, M. J., Salter, B. L., Schmidt, C. A. (1980). Cornparafive inactivation o f viruses by chlorine. Appl. Environm. Microbiol. 40, 249.
45. Van Kranen, H. J., Havelaar, A. H., Mark, H. van der. The significance of indicator bacteria with regard to cltlorine disinfection of ivastewater effluents (abstract). FEMS Symposium: The significance of indicator organisms, September 2, 1981. The Hague, The Netherlands. 46. Juranek, D. (1978). Waterborne Giardiasis I50-163. In: FVaterborne Transmission of Giardiasis. Eds. W. Jakubowski and J. C. Hoff. EPA 60019-79-001, 1979. 47. Chang, S. L. and Kabler, P. W. (1956). Detection of cysts of Enfamoeba histolytica in tapwater by the use of membrane filter. Am. J. Hyg. 64, 170. 48. Jarroll, E. L., Binghamm, A. K. and Meyer, E. A. (1981). Effect o f chlorine on giardia lan~blia cyst iliability. Appl. Environm. Microbial. 41, 483. 49. Shaffer, P. T. B., Metcalf, T. G. and Sproul, 0. J. (1980). Chlorine resistance of poliovirus isolants recovered from drinking water. Appl. Environm. Microbial. 40, 1115. 50. International Ozone Institute (Association) 1976. Ozone News 1: 1. 51. Kessel, J. F., Allison, D. K., Moore, F. J. and Kaine, M. (1943). Conlparison of chlorine and ozone as virucidal agents of Poliomyelitis virus. Proc. Soc. Exp. Biol., 53, 71. 52. Fluegge, R. A., Metcalf, T. G and Wallis, C. (1979). Virus inactivation in wastewater effluents by chlorine, ozone and ultraviolet lights. Prog. in Wastewater Disinfection Technology US. Environment Protect. Agency. Office of Research and Development EPA 60019-79-018, p. 223. 53. Diaper, E. W. J. (1972). Practical aspects of ivater and ~vasteivatertreafnzent by ozone. In: Ozone in water and wasteivater ireatnlerlt (Ed. F. L. Evans). Environm. Protect. Agency Cincinatti N H I 0 U.S.A. 54. Traenhart, 0. und Kuwert, E. (1975). Vergleichende Untersuchungen iiber die Wirkung von Chlor und Ozon auf Poliovir~isbei der Trink~vasserazrfbereitungder Stud Essen. Zg bl. Bxkt. Hyg. I. Aht. Orig. B. 160, 305. 55. Coin, L., Hannoun, C. et Gonella, C. (1%4). Inactivation par l'ozone du virus de la polionzyelite present duns les eaux. La Presse Medicale 72, 2153. 56. Cerkinsky, S, and Traktman, M. (1972). The present statics of research on the disinfection of drinking water in the USSR. Bull. Wld. Hlth., Org. 46, 277. 57. Evison, L. (1972). Inactivation o f viruses in ~vaterwith ozone. British Water Supply, 9, 14. 58. Haufele, A. und Sprockhoff, H. V. (1973). Ozon als Desinfektionsmittel gegen vegetative Bakterien Bau'Nensporen, Pilze und Viren in Wasser. Zbl. Bakt. Hyg. I. Abt. Orig. B. 175. 59. Budeson, G. R., Murray, T. M. and Pollard, M. (1975). Inactivation viruses and bacteria by ozone ivith and without sonication. Appl. Microbiol. 29, 340. 60. Katzenelson, E., Kletter, B. and Shuval, H. I. (1974). Inactivation kinetics o f viruses and bacteria in ivater by use of ozone. J. Am. Wat. Wks. Ass. 66, 725. 61. Katzenelson, E. and Biederman, N. (1976). Disinfection of viruses in sewage by ozone. Wat. Res. 10, 629. 62. World Health Organization (1979). Human viruses in water, wastewater and soil. Technical Report Series Nr. 639, Geneva, Switzerland. 63. Plotzkii, S. A. and Katz, M. (1967). Minimal infective dose of attinuated poliovirus for man. Am. J. Public Health 57: 1837. 64. Minor, T. E., Men, C. I., Tsiatis, A. A., Nelson, D. B. and D'Alessio, D. J. (1981). Human
Infective Dose Determination for Oral Poliovirus Type I. Vaccine in Infants, J. Chemical Microbiol. 13: 388. 65. Environmental Protect Agency (1978). Progress Report 0ct.lDec. p. 106. Cincinnatti OHIO U.S.A. 66. Kehr, R. W. and Butterfield, C. T. (1973). Notes on the relation between coliforrns and enteric pathogens. Public Health Report, p. 589. 67. Haring, B. J. A., Kanes, J. J. C., Poel, P. v. d. en Zoeteman, B. C. J. (1979). Onderzoek naar de gebruiksgewoonten bij drinkwaterconsumptie in Nederland. H 2 0 12: 212.
Microbiologisch onderzoek van drinkwater
Inleiding Omstreeks het midden van de vorige eeuw werd door onderzoekingen van onder andere John Snow in Londen, aangetoond dat besmet drinkwater een belangrijke rol speelde bij de verspreiding van besmettelijke darrnziekten als typhus en cholera. De aanleg van centrale drinkwatervoorzieningen in de tweede eeuwhelft volgde rechtstreeks uit deze kennis en had primair tot doe1 de verspreiding van epidemieen via drinkwater te beeindigen. Alvorens het water naar de consumenten te distribueren
A. H. HAVELAAR Rijksinstituut voor & Volksgezondheid Bilthoven
werd het meestal behandeld door middel van langzame zandfiltratie, een proces waarvan de praktijk had geleerd dat het een betrouwbare manier was om de 'infectieuze eigenschappen' van het water te verwijderen. De mogelijkheid om de kwaliteit van het aldus geproduceerde drinkwater te controleren ontstond pas nadat Pasteur en Koch erin waren geslaagd de ziekteverwekkers te isoleren en in het laboratorium te kweken. Vooral het werk van Koch tijdens de cholera-epidemiete Hamburg van 1892 is van belang geweest voor de ontwikkeling van de microbiologische kwaliteitscontrole van drinkwater. In Hamburg werd ten tijde van deze epidemie ongezuiverd Elbewater gedistribueerd. In de aan de overzijde van de rivier gelegen wijk HamburgAltona daarentegen, werd het water door langzame zandfilters behandeld. In deze wijk werd geen verspreiding van cholera geconstateerd. Koch toonde aan dat het door de langzame zandfilters behandelde water altijd minder dan 100 kiemen per ml bevatte na onderzoek op een gelatinevoedingsbodem die bij 22 O C werd ge'incubeerd. Tot op de dag van vandaag blijft de grens van 100 kiemen/ml gehandhaafd als een kenmerk voor in bacteriologisch opzicht betrouwbaar drinkwater. Helaas wordt deze grens, die in wezen een mogelijkheid tot procescontrole biedt, door velen kritiekloos gehanteerd buiten de oorspronkelijkecontext. Het vele sinds de tijd van Koch verrichte onderzoek heeft echter duidelijk gemaakt dat de beoordeling van de hygienische betrouwbaarheid van drinkwater niet kan en mag geschieden aan de hand van slechts BBn analyse. Een goed inzicht
in de aard en hoeveelheid van de besrnetting van de grondstof, in de wijze van zuivering van het water en in de wijze van distributie, vormen de basis van de kwaliteitsbeoordeling. Uitgaande van deze kennis dient voor iedere situatie een keuze te worden gemaakt uit de analyses die ons thans ter beschikking staan. In het onderstaande zullen de belangrijkste microbiologische analyses van drinkwater worden besproken. Hierbij zal met name aandacht worden besteed aan de betekenis van deze analyses voor verschillende soorten monsters (oppervlaktewater,grondwater, water tijdens zuivering, drinkwater in distributienetten). Vervolgens zal worden ingegaan op de wettelijke eisen die aan het resultaat van het microbiologisch drinkwateronderzoek worden gesteld. Indicatororganismen Bij de beoordeling van de kwaliteit van drinkwater wordt slechts zelden onderzoek uitgevoerd naar de aanwezigheid van pathogene micro-organismen. Hiervoor zijn verscheidene redenen aan te geven:
- een aantal via drinkwater overgedragen pathogenen is nog niet kweekbaar in het laboratorium (bijv. hepatitis-A-virus,Norwalk-virus) of in het geheel nog niet gekarakteriseerd (de veroorzakers van de door prof. Huisman genoemde 'Sewagepoisoningy);
De routinematige kwaliteitsbeoordeling vindt plaats aan de hand van zogenaamde indicatororganismen die een inzicht geven in de aard en de mate van verontreiniging van het water en in de invloed van zuiveringsprocessen op in het water voorkomende micro-organismen.Gezien het feit dat via drinkwater overgedragen infecties vrijwel altijd van faecale oorsprong zijn, wordt vooral aandacht besteed aan indicatororganismen voor faecale verontreiniging. Reeds in het begin van deze eeuw werden daartoe drie bacteriesoorten gesuggereerd: Escherichia coli, Streptococcus faecalis en Clostridiurn perfringens. Nog steeds vormt onderzoek naar deze bacterien (en het door Koch ge'introduceerde totaal aantal kweekbare kiemen) de basis voor de microbiologische kwaliteitsbeoordeling van drinkwater. Door vele onderzoekers zijn methoden uitgewerkt voor het aantonen van deze kiemen in water. Daarbij was steeds het zoeken naar het best mogelijke compromis tussen de specificiteit van de methode enerzijds tegenover de snelheid en eenvoud van uitvoering anderzijds. BacteriL van de coligroep Escherichia coli onderscheidt zich van
andere in faeces van mens en dier voorkomende bacterien onder andere door het vermogen glucose om te zetten tot zuur en gas bij de lichaamstemperatuur van 37 O C . De oudste methoden om faecale verontreiniging van water aan te tonen waren op - wanneer we1 een kweekmethode bedeze eigenschap gebaseerd, doch al spoedig schikbaar is, is deze vaak arbeidsintensief en uitsluitend toepasbaar in gespecialiseerde bleek dat in water vele andere, kennelijk niet uit faeces afkomstige, bacterien voorlaboratoria; kwamen die eveneens in staat waren tot voorkomen van bepaalde 'Orten glucose-vergisting. Een meer pecifieke pathogenen in water is niet constant, maar reastie was dus vereist en werd gevonden varieert naar aanleiding van de besmetin de vergisting van het disaccharide tingen onder de bevolking; lactose. Een verdere s~ecifiteitwerd bereikt - de aantallen pathogene micro-organisdoor aan de cultuurmedia remmers als men in drinkwater zijn meestal laag, zodat galzouten, briljantgroen en andere toe te grote hoeveelheden monster in onderzoek voegen. Bacterien die in staat zijn onder moeten worden genomen. de aldus gekozen omstandigheden een
Definities van indicatororganismen voor de beoordeling van de hygiiinische betrouwbaarheid van drinkwater BacteriZn van de coligroepl : Facultatief anaerobe, Gram-negatieve staafvormige bacteriin dk in een medium met briljantgroen en nmdergal bij 37 2 1 "C lactose in rninder dan 48 h vergisten onder vorming van zuur en gas. Thermotolerante bacteriZn van de coligroepl: Bacteri'in van de coligroep die in een medium met briljantgroen en rundergal bij 4420,s "C lactose m minder d m 48 h vergisten onder vonning van zuur en gas. Faecale streptococcen 2 : Gram-positieve, bol- tot eivormige, ketenvormende, katalase negatieve bacterien die in het bait zijn van het groep Dantigeen. Sulfiet-reducerende clostridiaz : Anaerobe, sporevormende vertegenwoordige~~ van het geslacht Clostridiurn die in staat zijn sulfiet te reduceren tot sulfide. 1 Volgem het Nederlands Normalisatie Znslituut (NNZ). Volgens de International Organization for Standardization (ZSO).
2
niet voor. Aanwezigheid van deze bacterien duidt op een afwijking van de normale situatie die een aantal oorzaken kan hebben maar die niet altijd tot hygienisch onbetrouwbaar water aanleiding behoeft te Iaslorc - - --37% - -- -- -- - - -- -I geven. Het voorkomen van bacterien van de coligroep in drinkwater in een distributienet kan worden veroorzaakt door een I" 2 I besmetting van buitenaf die a1 dan niet van I I faecale herkomst kan zijn, maar ook door I I II vermeerdering van deze bacterien in het I I II I P I1 II leidingnet. Dit laatste kan een gevolg zijn E E E E R i van een verhoogd gehalte aan organische I I fI I I I stof door toepassen van kunststofmaterialen ClIROB(\CTER II waarin biologisch afbreekbare verbindingen I I-----------_I I I I aanwezig zijn, door toepassen van afbreekbare glijmiddelen als groene zeep of door I AEROMONAS * sedimentatie van organisch materiaal in uitlopers van het net. Nader onderzoek, S zowel technisch als microbiologisch, dent Afb. I - Taxono~~rie van bacien2n van de uit te wijzen wat de oorzaak van de coligroep. afwijking is. De te nemen maatregelen zijn afhankelijk van de uitslag van dit In afb. 1 is aangegeven welke geslachten onderzoek. van bacterien volgens de huidige taxonomie Een vanuit wetenschappelijk oogpunt tot de coligroep moeten worden gerekend. interessante ontwikkeling is het werk van Naast Escherichia blijken ook vertegenLeclerc en medewerkers aan het Institut woordigers van de geslachten Klebsiella, Pasteur te Lille. Volgens deze onderzoekers en Aeromonas in Enterobacter, Citrobacter zouden bacterien van de coligroep die van staat te zijn tot lactosevergisting bij 37 "C. faecale herkomst zijn, niet in staat zijn te De niet tot het geslacht Escherichia behogroeien bij 4 O C , dit in tegenstelling tot rende leden van de coligroep kunnen evenleden van de coligroep uit grond of uit eens in faeces worden aangetroffen, zij het water. In de praktijk zal deze test weinig in 10-100x lagere aantallen. Daarnaast toepassing vinden omdat het onderzoek blijken zij echter in staat te zijn zich te naar groei bij 4 OC 30 dagen duurt, maar in vermenigvuldigen in water dat niet faecaal bijzondere gevallen zou door dit onderzoek verontreinigd is en voor te komen op meer inzicht in de herkomst van een verplanten, in grond en dergelijke. ontreiniging kunnen worden verkregen. Dit houdt in dat de bacterien van de In de praktijk zal men voor het nader coligroep een minder specifieke maat zijn onderzoek naar de oorzaak van aanwezigvoor de beoordeling van de faecale beheid van bacterien van de coligroep in smetting van water. Weliswaar zullen zij drinkwater gebruikmaken van het sneller altijd in faecaal verontreinigd water vooruitvoerbare onderzoek naar indicatororgakomen, maar andersom duidt hun aannismen die meer specifiek zijn voor faecale wezigheid in water niet altijd op een verontreiniging: thermotolerante bacterien faecale besmetting. van de coligroep en faecale streptococcen. Voor de beoordeling van de kwaliteit van oppervlaktewater zijn de bacterien van de coligroep dan ook in feite ongeschikt. Bij Thermotolerante bacteriiin van de coligroep de beoordeling van de kwaliteit van drinkWanneer het onderzoek naar lactoseverwater daarentegen vormt de coligroep nog steeds een belangrijke maatstaf. De ervaring gisting wordt uitgevoerd bij 44 OC in plaats van 37 "C,wordt de groei van de niet van vele decennia heeft namelijk geleerd specifiek faecale bacterien van de coligroep dat afwezigheid van deze bacterien in een geremd. Escherichia coli daarentegen groeit monster drinkwater synoniem is met goed bij deze temperatuur. Dientengevolge hygienische betrouwbaarheid. Eventuele vormen de zogenaarnde thermotolerante afwijkingen zullen vaak als eerste in aanbacterien van de coligroep een vrij speciwezigheid van bacterien van de coligroep fieke maat voor de faecale verontreiniging tot uiting komen. Bij de zuivering van oppervlaktewater dient van water. In uitzonderingssituatieskunnen evenwel de desinfectie minstens zodanig te worden grote aantallen thermotolerante lactose veruitgevoerd dat bacterien van de coligroep gisters van niet-faecale herkomst worden worden gereduceerd tot niet meetbare aangetroffen. In het afvalwater van papieraantallen. In grondwater en in water in het distributienet en suikerfabrieken, dat zeer rijk is aan gemakkelijk afbreekbare organische stoffen, komen bacterien van de coligroep normaal
positieve reactie te veroorzaken (zie definitie in kader) worden bacterien van de coligroep genoemd.
I
W
Z
LL
I
met name koolhydraten, werden tot 106 ml-l klebsiellae gevonden [Havelaar en Tips, 19801. In dergelijk monstermateriaal kan het noodzakelijk zijn aanvullende tests uit te voeren teneinde Escherichia coli met meer zekerheid te identificeren. Uit in de laatste jaren op het RIV uitgevoerd onderzoek blijkt dat de indol-test, uitgevoerd bij 44 "C,zeer geschikt is voor dit doel. De specifiteit van deze test voor E. coli blijkt zo groot te zijn, dat het zelfs mogelijk lijkt de lactose-vergisting als selectiecriteriurn te laten vallen en uitsluitend af te gaan op de indol-test. Deze ontwikkeling is des te meer interessant omdat hiermee via de 'directplating' methode van Anderson en BairdParker (1975) een techniek beschikbaar komt die binnen 24 uur uitslag geeft. Het voorkomen van grote aantallen nietfaecale lactosevergisters is echter zo zeldzaam, dat voor de praktijk ervan mag worden uitgegaan dat aanwezigheid van thermotolerante bacterien van de coligroep duidt op faecale verontreiniging. Faecale streptococcen
Een overzicht van de verschillende in faeces voorkomende streptococcen en de onderverdeling in groepen is weergegeven in afb. 2. In humane faeces zijn de soorten S. faecalis en S. faecium (+ variieteiten en tussenvormen) dominant, een verzamelnaam voor deze soorten is 'enterococcen'. In faeces van bepaalde diersoorten komen vaak S. bovis en S. equinus voor. De genoemde soorten zijn serologisch verwant door aanwezigheid van het groep D-antigeen. Bij de identificatie in het laboratorium wordt vaak gebruikgemaakt van een aantal gemeenschappelijkekenmerken als het vermogen te groeien bij 45 "C,in aanwezigheid van 40 % gal of de eigenschap esculine te hydrolyseren. Gezamenlijk worden de tot deze groep behorende soorten tot de faecale streptococcen gerekend. De ook regelmatig in faeces aanwezige soorten S. mitis en S. salivarius (die samen met S. bovis en S. equinus in de groep viridansstreptococcen vallen) worden niet tot de faecale streptococcen gerekend omdat hun voornaamste habitat de mondholte is. Aldus gedefinieerd vormen de faecale streptococcen een vrij specifieke indicator Afb. 2 - Taxonomie van faecale sirepiococcen [naar Harilnan et al., 19661.
. S . bovis
S faeca'is groep D
S . equinus
.
S mitis S salivarius
.
} enterococcen
I
viridans streptococcen
voor faecale verontreiniging. In twijfelgevallen kan naar aanleiding van de uitslag van het onderzoek naar deze indicatorgroep de faecale herkomst van een verontreiniging resp. worden bevestigd of verworpen. Door Amerikaanse onderzoekers wordt van faecale streptococcen tevens gebruikgemaakt van determinatie van de aanwezige soorten of van de verhouding van faecale streptococcen tot thermotolerante bacterien van de coligroep om verontreinigingen van humane, resp. dierlijke herkomst te onderscheiden. Onder Nederlandse omstandigheden is het ons niet gelukt de resultaten van deze onderzoekers te reproduceren, zodat deze principes geen ingang hebben gevonden. Ten opzichte van de bacterien van de coligroep vertonen de faecale streptococcen een grotere persistentie ten opzichte van verblijf in water, uitdroging en bestraling. De resistentie ten opzichte van chloor van beide indicatorgroepen is ongeveer gelijk. 'POren van '"Ifietreducerende 'Iostridia Sinds een aantal jaren is bekend dat bepaalde via drinkwater overdraagbare pathogenen een aanmerkelijk grotere resistentie ten opzichte van desinfectiemiddelen bezitten dan de hierboven besproken bacteriele indicatororganismen.Dit geldt bijvoorbeeld voor sornrnige virussen, sporen van Clostridium botulinum en cysten van protozoa als Entamoeba histolytica en Giardia lamblia. Dit heeft ertoe geleid dat gezocht wordt naar aanvullingen op de bestaande indicatorgroepen teneinde ook ten opzichte van deze pathogene microorganismen de hygienische betrouwbaarheid van drinkwater te meten. Onder de potentiele aanvullende indicatororganismenbevinden zich sporevomende bacterien (zowel aeroob als anaeroob); virussen van bacterien (bacteriofagen,met name de colifagen), de zeer chloorresistentemycobacterien en bepaalde gisten. Van deze groepen nemen thans de sporen van sulfietreducerende clostridia de belangrijkste plaats in. Bij de beoordeling van de waarde van deze indicatorgroep speelt vanzelfsprekend vooral de resistentie ten opzichte van desinfectiemiddelen een belangrijke rol. De vraag in hoeverre de indicator van specifiek faecale herkomst is, is van ondergeschikt belang. In de tabellen I t lm I11 is een samenvatting gemaakt van de gegevens in de recente literatuur betreffende de resistentie van sporen van bacterien en cysten van protozoa t.a.v. chloor en ozon. De omstandigheden waaronder de verschillende onderzoekingen werden uitgevoerd en de resultaten ervan vertonen grote verschillen. Desondanks kan
-
uit de tabellen een aantal conclusies worden getrokken: - D, sporen van spp. zijn resistenter dan die van Clostridium spp. (Bacillus-sporen zijn echter niet geschikt als proces-indicator voor de zuivering van TABEL I
- Reductie van sporen van bacteri2n door chloor (n~odelexperirnenien).
Species
pH
B. subtilis B. s"bfilis
EiC1.: sporogenes ~
~
Cl. tertium C1. caloritolerans C1 hystolyticum C1: bifermentans cl. yifermentans Cl. biermentans C1. bifermen-
: u:
B. subtilis B. subtilis C1. bifermentans 1
D
drinkwater omdat zij zich onder bepaalde omstandigheden in zandfilters kunnen vermeerderen). - Er is een groot verschil in resistentie tussen sporen van verschillende Clostridiumspecies. De resistentie van sporen van
= gedoseerde
~
9,8 93 8,3 8$~ 3 8,3 83 83 8,3 8,3 7,o 7,0 6,8-8,3 7,0 7,0 7,o 7,O 790
Temp. ("C) 10 10 10 ~10 10 10 10 10 10 0 0 0
0 0 0 0 0
Contact- Hoeveelheid tijd dminfectans (min.) (mg 1-1)l
Kiemreductie 2
Referentie
60 loo@) 120 lOO(D) 60 5 (Dl ~ 60 m 5 @) 5 @) 60 60 5 (D) 60 5 (D) 60 5 @) 60 5 (D) 10 10@)5(R) 10 25 (D) 10 50 (D) 25 @) 10 50 (Dl 10 10 25 (D) 10 50 (D) 10 200 (D)
geen 3,O 0,1/1,3 2,O 3,2 3,3 4,3 4,9 > 7,O 0,25 0,7 4,3 geen 2,6 geen 1,4 volledig
Dye and Mead, 1982 Dye and Mead, 1982 Dye and Mead, 1982 Dye and Mead, 1982 Dye and Mead, 1982 Dye and Mead, 1982 Dye and Mead, 1982 Dye and Mead, 1982 Dye and Mead, 1982 Wyatt and Waites, '73 Wyatt and Waites, '75 Wyatt and Waites, '75 Wyatt and Waites, '75 Wyatt and Waites, '75 Wyatt and Waites, '75 Wyatt and Waites, '75 Waites et al., 1977
hoeveelheid op tijdstip 0
R = restconcentratie na contacttijd
2
lolog No/Nt.
-
TABEL I1 Reduciie van cysten van protozoa door chloor (modelexperimenten).
Species
pH
E. hystolytica E. hystolytica E. hystolytica G-lamblia
7,0 7,o
!~:i
G. lamblia G. lamblia G. lamblia G.lamblia G. lamblia G. lamblia 1
D
=
<8 7,O 74 7,O 7,O 7,0 78
Temp. ("C)
Contact- Hoeveelheid tijd desinfectans (min.) (mg 1-1)1
30 30 25 5
10 10 10 10-30 30
25 15 5
10 60 60
C
60
5 5
60 10 R
gedoseerde hoeveelheid op tijdstip 0
Kiemreductie 2
Referentie
2,0(R) 2,5 (R) 3,5 (R) 0,5 (R) 100 20 (D) @)
1,8 Krusd et al., 1970 3,O Stringer and Krus6,1970 5,O Chang, 1971 > 1,O Hoff, 1979 Kasprzak, 1980 > 0,5 2 Kasprzak, 1980 > 2,7 Jarrol et a]., 1981 1,5 (R) 3,O (R) > 2,7 Jarrol et a]., 1981 1,o (R) 1,7 Jarrol et al., 1981 2,o (R) > 2,7 Jarrol et al., 1981 4,O (R) > 2,7 Jarrol et a]., 1981 8,O (R) > 2,7 Jarrol et al., 1981 = restconcentratie na contacttijd % lolog No/Nt.
-
TABEL 111 Reductie van sporen van bacteri2n en cysten van protozoa door ozon (modelexperimenten).
Species
pH
Temp. ("C)
z:;$;'
6,O 8,O 6,O
24 24
~ 1perfringens .
:B. cereus
lolog NO/N~.
15 120 2 3 60 60 5 5 1
B. cereus B. globigii
C1. perfringens B. subtilis B. cereus B. megaterium B. polymyxa E. histolytica E. hiStolytica
ContactRest tijd desinfectans (min.) (mg 1-1)
2,s 4 4 4 7,O
25 25
10 1-3
0,25 5,o 0,25 098 0,8 0,8 5,0 2,5 1,7 2,O 0,3 2,3 2,3 1,O 0,3-1,8 0,5-1,0
Kiemreductie
Referentie
> 3,3 Venosa, > 3,3 Venosa, geen effect Venosa, 0,7 1,4 1,4 > 5,O 4,O 5,5 60
> 2,l > 2,O > 2,O
1972 1972 1972 Hiufele & Sprockhoff '73 Hiufele & Sprockhoff '73 Haufele & Sprockhoff '73 Haufele & Sprockhoff '73 Haufele & Sprockhoff '73 Burleson and Pollard, 1975
Drapeau et Paquin, 1977 Drapeau et Paquin, 1977 Drapeau et Paquin, 1977 geen effect Colberg and Lingg, 1977 5,O Chang, 1971 2,O Venosa, 1972
clostridia is in het algemeen groter dan die van protozoaire cysten. - De resistentie van cysten van Entamoeba is groter dan die van cysten van Giardia (de door Kasprzak 119801, gerapporteerde zeer hoge resistentie is waarschijnlijk een artefact. De levensvatbaarheid van de Giardia-cystenwerd op indirecte wijze gemeten door eosine-exclusieen niet door meting van het vermogen te excysteren). - De resistentie van sporen en cysten ten opzichte van chloor is in het algemeen zo hoog dat met de in de praktijk van de drinkwaterzuivering toegepaste doseringen (enkele mgll) slechts een beperkte reductie bereikt kan worden.
- Het kiemdodend effect van een in de praktijk gebruikelijke dosis ozon (enkele mgll) is groter dan dat van chloor. Vooral deze laatste conclusie is van belang om de waarde van sporen van sulfietreducerende clostridia als indicator te bepalen. Uit modelexperimenten en praktijkervaringen is namelijk bekend dat bij verwijdering van sporen van C. botulinum of cysten van Giardia lamblia fysische processen d s bezinking, coagulatie en filtratie een belangrijke rol spelen. De indicator 'sporen van sulfietreducerende clostridia' biedt de mogelijkheid de werking van deze zuiveringsprocessen in het eindprodukt te meten, zonder dat deze be'invloed wordt door bijv. een veiligheidschloring.
herziening van het Waterleidingbesluit zoals dat eind 1981 is geformuleerd door een werkgroep waarin zitting hebben vertegenwoordigers van het Ministerie van Volksgezondheid en Milieuhygiene en van de VEWIN. Het spreekt vanzelf dat dit concept niet noodzakelijkerwijs de definitieve versie van het herziene Waterleidingbesluit is. De microbiologische kwaliteitseisen voor drinkwater volgens bovengenoemde regelingen zijn samengevat in een apart kader. Bij het uitwerken van de EEG-eisen is getracht het in Nederland gebruikelijke onderscheid tussen water bij verlaten van het pompstation ('af pompstation') en water in het distributienet te handhaven, dit in tegenstelling tot de EEG-richtlijn die slechts betrekking heeft op het water zods dat de consument bereikt. In het concept voor de herziening van het Waterleidingbesluit zijn de kwaliteitseisen voor drinkwater in drie categorieen verdeeld: overschrijding van de eisen in de eerste categorie is in het geheel niet toe-
Mierobiologisehe kwaliteitseisen voor drinkwater A. Waterleidingbesluit (7 juni 1960) en aanbevelingen van de VEWIN Bij verlaten van het pompstation : - bacterikin van de coligroep: afwezig in 2 x 100 mll - thermotolerante gistingsbaderien: afwezig in 50, bij voorkeur 100 ml koloniegetal bij 37 OC: < 50/ml koloniegetal bij 22 O C : < lOO/ml
-
Water in het distributienet :
- bacterilkin van de coligroep: Kwaliteitseisen voor drinkwater De rnicrobiologische kwaliteitseisen voor drinkwater zijn in Nederland vastgelegd in het Waterleidingbesluit. Naast dit Besluit, dat dateert uit 1960, bestaan de aanbevelingen van de VEWIN. Momenteel wordt een herziening van het Waterleidingbesluit voorbereid, waarbij in het bijzonder aandacht wordt besteed aan het incorporeren van twee richtlijnen van de EEG in de Nederlandse wetgeving: - De richtlijn van 16 juni 1975 betreffende de vereiste kwaliteit van het oppervlaktewater dat bestemd is voor de produktie van drinkwater in de lidstaten (7514401EEG Pb. L 194134) en
hoogstens &n van de vijf onderzochte hoeweelheden
van 10 ml positief
B. Europese Economische Gemeenschap (Richtlijn van 15 juli 1980) Maximaal toelaatbare concentratie MF-methode MPN-methode bacterien van de coligroep/100 ml 0 <1 thermotolerante bact. v. d. coligroep/100 ml 0 <1 faecale streptococcen/100 ml 0 <1 koloniegetal 37 "C / ml koloniegetal 22 "C / ml C. Waterleidingbesluit (herdening concept december 1981) Bij verlaten van het pompstation : bacte&n van de coligroep: minder dan 1 per 300 ml - thermotolerante bacteriin van de coligroep:: minder dan 1 per 300 ml - faecale streptococcen: minder dan 1 per 100 ml sporen van sulfietreducerende clostridii: minder dan 1 per 100 ml
-
- De richtlijn van 15 juli 1980 betreffende
Water in het distributienet : bacteriiin van de coligroep: minder dan 1 per 100 rnl thermotolerante bacteriin van de coligroep: minder dan 1 per 100 ml faecale streptococcen: minder dan 1 per 100 ml sporen van sulfietreducerende clostridia.. minder dan 1 per 100 ml koloniegetal bij 22 "C: < 100/ml (jaargemiddelde) koloniegetal bij 37 "C: < 10/rnl (jaargemiddelde)
-
de kwaliteit van voor menselijke consumptie bestemd water (80/778/EEG, Pb. L 229111). Deze laatste richtlijn overigens heeft een bredere werkingssfeer dan alleen drinkwater maar richt zich tevens tot het in de levensmiddelenindustrie gebruikte water. In onderstaande bespreking van de wettelijke kwaliteitseisen voor drinkwater zal worden uitgegaan van een concept voor de
gestaan, die in de tweede categorie mogen (met ontheffing) worden overschreden indien zij een gevolg zijn van natuurlijke of uitzonderlijke omstandigheden en aan de eisen in de derde categorie dient slechts voldaan te worden voor zover dit redelijkerwijs van de eigenaar gevergd kan worden (doch melding van een overschrijding is verplicht). De microbiologische kwaliteitseisen zijn, samen met toxische verbindingen, opgenomen in de eerste categorie, met uitzondering van de eisen gesteld aan het koloniegetal bij 22 en 37 OC die in de derde categorie zijn opgenomen. Voor bacterien van de coligroep is de eis rninder dan 1 per 300 ml af pompstation. Deze eis was a1 als zodanig geformuleerd in het oude Waterleidingbesluit voor grondwaterpompstations bij gesloten winning en zuivering. Voor pompstations met oppervlaktewaterzuivering of niet gesloten grondwaterwinning was het te onderzoeken volume 200 ml. In het herziene Waterleidingbesluit wordt ten aanzien van de drinkwaterkwaliteitseisen geen onderscheid
1 2
Voor grondwater bij gesloten winning en zuivering: afwezig in 3 x I00 ml. Bij desinfecfie beduidend lager in het water bij verlaten van her pompslafion.
meer gemaakt naar de herkomst van het ruwe water, zodat daarin voor alle drinkwater af pompstation dezelfde eis is geformuleerd. Voor drinkwater in het distributienet wordt een iets minder strenge eis gehanteerd (rninder dan 1 per 100 ml conform de EEGrichtlijn), gezien de reeds genoemde mogelijkheid dat enige groei van bacterien van de coligroep optreedt. De eis aan 'thermotolerante gistingsbacterien', gebaseerd op de test van Eijkman is overeenkomstig moderne inzichten vervangen door een eis aan de thermotolerante bacterien van de coligroep. De redenen hiervoor zijn tweeerlei: door de directe incupatie bij hoge temperatuur is de test van Eijkman niet erg gevoelig en door de afwezigheid van selectieve agentia is het medium niet erg selectief. Getalsmatig is de eis voor thermotolerante bacterien van de coligroep gelijk aan die voor de totale coligroep. De keuze van een monstervolume van 100 ml als eenheid van onderzoek is overigens vooral op grond van praktische overwegingen gemaakt. Herhaaldelijk is aangetoond dat de bacterien van de coligroep (zowel totaal als thermotolerant) in goed drinkwater evenmin aangetoond kunnen worden in veel grotere hoeveelheden (5001000 ml). Onderzoek van dergelijke grote monsters zou evenwel tot transportproblemen leiden. Bovendien blijkt in de praktijk dat een besmetting of andere onregelmatigheid zich meestal uit in dusdanig hoge aantallen bacterien dat zij altijd in een hoeveelheid van 100 ml worden aangetroffen. Voor faecale streptococcen is de eis zowel af pompstation als in het distributienet minder dan 1 per 100 ml (conform EGrichtlijn). De door de EG geformuleerde eis voor sporen van sulfietreducerende clostridia (< 1/20 ml) is blijkens Nederlandse ervaring zeer ruim. Bij een goed functionerende zuivering en distributie blijkt afwezigheid van sporen in 100 ml zoals voorgesteld door het Waterleidingbesluit gemakkelijk haalbaar te zijn. RIVonderzoek in drinkwater van alle pompstations in Nederland heeft aangetoond dat normaal zelfs in monsters van 1000 ml geen sporen worden aangetroffen, noch in monsters genomen direct na de zuivering; noch in monsters genomen van huisaansluitingen aan het distributienet. Zoals reeds in de Inleiding is vermeld leent het meten van koloniegetallen bij 22 en 37 O C zich vooral voor het uitvoeren van procescontrole tijdens de zuivering. Daarnaast bieden deze metingen de mogelijkheid nagroei van bacterien in het leidingnet op te sporen. Een vast verband tussen de hygienische betrouwbaarheid van het drinkwater en de waarde van het koloniegetal,
kan niet worden gegeven. De interpretatie van het koloniegetal verschilt van bedrijf tot bedrijf en zelfs van monsterpunt tot monsterpunt. Het koloniegetal leent zich dus minder goed voor het stellen van algemeen geldende eisen in het wettelijk kader. Dat in het herziene Waterleidingbesluit toch eisen worden gesteld vloeit, naast uit historische overwegingen, vooral uit de EEG-verplichtingen voort. Om te voldoen aan deze verplichtingen zijn (in de derde categorie) grenzen gesteld aan de jaargemiddelden in het distributienet waarbij wordt aangetekend dat aan plotseling optredende pieken ten opzichte van het normale niveau de nodige aandacht moet worden besteed.
latie, flocculatie, filtratie, oxydatie en desinfectie). Klasse 111: vrij ernstig huishoudelijk en chemisch verontreinigd: meest uitgebreide behandeling (bijv. als klasse I1 met breekpuntchloring en actieve kool toepassing).
Water, slechter dan klasse 111mag niet worden gebruikt voor de bereiding van drinkwater. In het kader van deze klassenindeling moeten ook microbiologische kwaliteitseisen worden geformuleerd. Voor de uitwerking daarvan in de Nederlandse situatie is, gezien de sterke schornrnelingen die in de tijd mogelijk zijn, gekozen voor het stellen van eisen aan de mediaan van de 12 meest recente waarnemingen. De getalswaarden Kwaliteitseisen voor oppervlaktewater zijn binnen de marges die de richtlijn biedt De door de EEG in 1975 uitgevaardigde zodanig gekozen dat verwacht mag worden richtlijn voor de kwaliteit van oppervlaktedat in de praktijk voor de beoordeling van water, bestemd voor de produktie van de kwaliteit van het oppervlaktewater de drinkwater heeft als hoofddoel het bevorthermotolerante bacterien van de coligroep deren van de sanering van het oppervlakte- doorslaggevend zijn. Zij vormen immers de water. Dit aspect van de richtlijn zal in meest betrouwbare indicatie van de mate Nederland zijn uitvoering vinden in het van faecale verontreiniging. De overige kader van de Wet Verontreiniging Oppereisen zijn in verhouding tot deze eis zodanig vlaktewateren. Omdat in de EEG-richtlijn ruim gesteld dat de kans op overschrijding echter een verbod is verwoord voor het minimaal is. Een eis aan salmonellae zoals gebruik van een 'slechte kwaliteit oppergeformuleerd door de EEG is volstrekt vlaktewater voor de bereiding van drinkoverbodig gezien het feit dat de thermowater' en bovendien een verband wordt getolerante coligroep een uitstekende indicator legd tussen de kwaliteit van het oppervlakte- is ten aanzien van het gedrag van salmowater en de te kiezen zuiveringsprocessen, nellae. Een dergelijke eis wordt in het moet ook in het Waterleidingbesluit een Waterleidingbesluit dan ook niet genomen. aantal bepalingen worden opgenomen ter We1 wordt aan de EEG-verplichting tot het inpassing van deze richtlijn. De belangrijkste bepalen van dit kenmerk voldaan orndat daarvan zijn de indeling van het opperkrachtens de Wet Verontreiniging Oppervlaktewater aan de hand van een groot vlaktewateren de waterbeheerder deze anaaantal criteria in drie kwaliteitsklassen lyse w61 uitvoert. waarbij de daarbij passende zuiveringssystemen globaal worden omschreven: Frequentie van onderzoek Klasse I: De bepalingen die aangeven welk onderzoek weinig verontreinigd: eenvoudige behandemet welke frequentie dient te worden uitling (bijv. snelfiltratie, desinfectie). gevoerd vormen een belangrijk onderdeel Klasse 11: van de wetgeving. In het huidige voorstel (zie kader) worden voorschriften gegeven licht huishoudelijk en chemisch verontreinigd: uitgebreide behandeling (bijv. coagu- voor onderzoek in het distributiegebied, in Frequenties van microbiologisch onderzoek van drinlnvafer in verschillende stadia van zuivering en distributie.
Kenrnerk bact. v/d coligroep them. b. v/d coligroep faecale streptococcen sp. sulf. red. clostr. kol. get. 22/37 "C 1 2
Ditributie gebied 1 2w 2w
-2 -2
6m
Interval tussen opeenvolgende bemonsteringen uitgaand water bron grondw. 0pp.w. grondw. 0pp.w. lw 1w
-
Id Id lw lw -
4w 4w
-
-
4w 4w 4w 4w
-
1 monsterpunt per 10.000 inwoners (minimum 2 per ditributiegebied); minstens 1 of 1 per 5 punten in uitlopers onderwek dient te worden uitgevoerd in herhaliigsmonsters na afwijkingen van de eisen aan de coligroep.
op verschillende wijzen in de voorschriften variatie in toegepaste methoden is ontstaan. In het nieuwe Waterleidingbesluit is gerichtniveau voor kwaliteitsklasse kenmerk kozen voor een flexibeler oplossing. Hierbij A1 A2 A3 worden onder meer de door het Nederlands 20 2000 bad. v/d coligroep/100 ml Normalisatie Instituut gepubliceerde norm5000 50 them. b. v/d coligroep/100 ml bladen als referentiemethode geintroduceerd 20 1000 faecale streptococcen/ 100 ml afw. lo00 ml afw. 5000 ml salmonellae waarbij toepassen van andere methoden is toegestaan mits desgevraagd kan worden B. Waterleidimgbesluit (herziening wncept december 1981) aangetoond dat daarmee resultaten worden grenswaarde 1 voor kwaliteitsklasse kenmerk verkregen die gelijkwaardig zijn aan die I I1 I11 van de referentiemethode. 1W) 10.000 100.M)o bact. v/d coligroep/100 rnl Een belangrijk uitgangspunt bij het opstellen 20 2.000 20.000 them. b. v/d wligroep/100 ml van de normbladen voor het microbiolo10 1.ooo 10.000 faecale stre~tococcen/100ml gisch drinkwateronderzoek is geweest dat 1 Mediaan van de waamemingen verricht gedurende de laatste 12 maanden. voor het onderzoek naar indicatororganismen twee gelijkwaardige kweekmethoden bestaan: kweken in vloeibare media en via het uitgaande water van een pompstation zelf komt het verschil in besmettingsgraad (onderscheiden naar de aard van de bron) membraanfiltratie. Beide methoden bezitten tot uiting. en in de bron. Onderzoek in verschillende voor- en nadelen en de mate waarin deze stadia van zuivering wordt niet aan algedoorslaggevend zijn zal per laboratorium Methoden van onderzoek mene voorschriften gebonden, we1 is beverschillen; om de keuze vrij te laten paald dat hiervoor door het bedrijf een In het Waterleidingbesluit van 1960 zijn worden voor beide methoden normbladen schema moet worden opgesteld dat dient te uitgewerkte analysevoorschritfen opgenoopgesteld. Voor uitvoering en achtergronworden goedgekeurd door de Inspecteur. men. Deze situatie wordt thans algemeen den van de genormaliseerde methoden Het in het Waterleidingbesluit opgenomen als ongewenst beschouwd omdat aanpaswordt kortsheidshalve verwezen naar de in onderzoekschema wordt beschouwd als de singen aan nieuwe inzichten moeilijk te tabel IV genoemde normbladen en de minimaal noodzakelijke routinecontrole. daarbij behorende toelichtingen. verwezenlijken zijn. Uit een onlangs door Door de waterleidingbedrijven zou de kwa- het RIV gehouden enqu6te blijkt dat deze Om de invoering van de genormaliseerde liteitsbewaking naar eigen inzicht moeten nieuwe inzichten in verschillende laboratoria methoden te stimuleren en tevens om een worden aangevuld en uitgebreid. Hierbij worden verwerkt waardoor een grote mogelijkheid tot kwaliteitscontrole te wordt met name gedacht aan onderzoek na ingrepen in het distributienet en op plaatsen TABEL IV - Overzjcht gepubliceerde en nog te publ,iceren normbladen voor het bacferiologisch met venninderde doorstroming. onderzoek van water. In het distributiegebied ligt de nadruk op het onderzoek naar bacterien van de coli6550 december 1979 Koloniegetal op glu-gistextracbgar bij 37 OC groep (totaal en themotolerant). Slechts 65511 (NPR) december 1979 Toelichting bij NEN 6550 wanneer deze analyses niet aan de eisen (december 1981) 6552 Drinkwarn-thembtolerantecoligroep met behulp voldoen is (in herhalingsmonsters) uitbreivan membraanfiltratie ding van het onderzoek met faecale streptoDrinkwater-coligroepmet behulp w n membraan(december 1981) coccen en sporen van sulfietreducerende f~ltratie clostridia noodzakelijk. D e voorgeschreven (december 1981) Toelichting bij NEN 6552, 6553, 6570 en 6571 6554 (NF'R) frequentie van onderzoek naar het kolonie6555 (december 1981) Drinkwater-Gistingsproefvolgens Eijkman getal in het distributienet drukt wederom Tuelichting bij NEN 6555 6556 (NF'R) (december 1881) de mening uit dat dit kenmerk niet geschikt (decenber 1981) Drinkwater-wligroep en thermotolerante coliioep 6557 is voor het stellen van algemeen geldende met behulp van gistingspmeven regels. Volstaan is met het voorschrijven Toelichting bij NEN 6557 6558 (NPR) (decemberl981) van de minimale frequentie die volgens de 6559 (december 1981) Monsterneming EEG verplicht is, waarbij ervan wordt uitKoloniegetal op glucosegistextractagar bij 22 "C 6560 (december 1981) gegaan dat de bedrijven zelf een op hun Toelichting bij NEN 6560 6561 (NF'R) (december 1981) situatie toegespitst aanvullend onderzoek Oppervlaktewater-faecale streptococcen met behulp 6562 (concept maart 1982) zullen f ormuleren. van membraanfiltratie
Microbiologische kwalifeifseisen voor oppwvlakfewatw, besfemd voor de produkfie van drinkwater. A. Europese Gcmeenschappen (richtlijn van 16 juni 1975)
-
6563 (concept maart 1982)
In het uitgaande water van een grondwaterpompstation, dat meestal een zeer constante 6564 (concept m a r t 1982) kwaliteit vertoont en waarvan bovendien de grondstof in bacteriologisch opzicht onver- 6565 (concept maart 1982) dacht is, kan worden volstaan met een zeer 6566 beperkt bacteriologisch onderzoek. Dit ligt 6570 (concept maart 1982) geheel anders voor bedrijven die oppervlaktewater zuiveren. Hier wordt een fre6571 (concept rnaart 1982) quente controle voorgeschreven die dage6572 (concept maart 1982) lijks de bacterien van de coligroep omvat en wekelijks de overige indicatororganismen. Ook bij het onderzoek van de bron 1 Tussen haakjes: vemoedelijk.
-
Oppervlalctewabr-faecalestreptucoccen met behulp van gistingspmeven Drinkwater-faecale streptococcen met behulp van membraanfiltratie Drinkwater-faecale streptococcen met behulp van gistingsproeven Taelichting bij NEN 6562, 6563, 6564 en 6565 Oppervlaktewater-thennotolerantecdligroep met bdhulp van membraanfiltratie Oppervlaktewater-coligroepmet behulp van membraanfiltratie Oppervlakrtewatex-coligroep en themotolerante mligroep met behulp van gistingsproeven
bieden, is door het RIV een aanvang gemaakt met een ringonderzoek. Periodiek zullen de ca. 50 laboratoria die zich voor deelname hebben aangemeld, een aantal monsters met bekende besmetting ontvangen. Deze monsters worden onderzocht volgens de genormaliseerde methoden waarna de resultaten kunnen worden vergeleken met die van andere laboratoria en met de aangebrachte besmetting. Een vanuit methodologisch oogpunt belangrijk aspect van de uitvoering van het Waterleidingbesluit is de mogelijkheid tot combinatie van het onderzoek naar bacterien van de coligroep (totaal) en thermotolerante bacterien van de coligroep. Immers, wanneer de bacterien van de coligroep in een bepaalde hoeveelheid monster afwezig zijn, impliceert dit per definitie dat ook de thermotolerante bacterien van de coligroep in die hoeveelheid monster afwezig zijn. Deze situatie nu zal zich bij onderzoek van drinkwater als regel voordoen. Slechts bij uitzondering zal het onderzoek naar bacterien van de coligroep een positief resultaat opleveren. In dat geval wordt de vraag actueel of deze bacterien van de coligroep a1 dan niet thermotolerant zijn. Dit onderzoek wordt uitgevoerd in de tweede fase van de analyse, de zogenaamde bevestiging die volgt op het vinden van een positieve reactie in het primaire isolatiemedium (formiaat-glutaminaat-bouillon of Teepol-agar). Deze bevestiging is noodzakelijk om niet door bacterien van de coligroep veroorzaakte (zgn. 'vals-positieve') reacties in het primaire medium te elimineren. Door nu het bevestigingsmedium briljantgroen-gallactose-bouillon in tweevoud te beenten, en vervolgens CCn buis bij 37 "C en CCn buis bij 44 "C te bebroeden wordt zowel onderzocht op de totale als op de therrnotolerante coligroep. Deze combinatiemogelijkheid levert een aanzienlijke arbeidsbesparing op zonder dat het beschikbaar komen van de resultaten van het onderzoek vertraging ondervindt. Enige voorzichtigheid dient te worden betracht bij onderzoek volgens membraanfiltratie. Er bestaat een kleine kans dat werkend volgens bovenstaand schema thermotolerante bacterien van de coligroep worden gemist. Dit kan het gevog zijn van het niet onderzoeken van alle kolonies op een membraan (uit het oogpunt van arbeidsbesparing worden meestal slechts 5-10 kolonies onderzocht) of door onderdrukking van de thermotolerante leden van de coligroep door andere bacterien, zodat eerstgenoemde geen kolonies kunnen vormen. Om deze redenen wordt in het Waterleidingbesluit voor de referentiemethode venvezen naar het normblad waarbij de membranen op de primaire Teepol-agar rechtstreeks bij 44 "C worden gei'ncubeerd. Voor de praktijk zal echter
kunnen worden volstaan met uitsluitend primair onderzoek bij 37 "C, in bijzondere gevallen (na zuivering, herhalingsmonsters, reparatiemonsters) aangevuld met primair onderzoek bij 44 OC.
Slotwoord Het geheel van wettelijke kwaliteitseisen, gebaseerd op metingen van indicatororganismen kan worden vergeleken met een huis waaraan door velen is gewerkt. De ruwbouw werd gemaakt in de eerste twintig tot dertig jaar van deze eeuw, na die tijd zijn er zwakke plekken verbeterd, is de inrichting verzorgd en zijn er stukjes aangebouwd. Het bouwwerk dat het resultaat is van a1 deze inspaningen, is vrij solide en het is er prettig wonen. We wonen er a1 zo lang dat we de weg er blindelings kunnen vinden, zelf s a1 is deze zo nu en dan wat onlogisch of onnodig gecompliceerd. Het huis is gebouwd op een stevige ondergrond: het verband tussen besmet drinkwater en ziekten. De geschiedenis heeft ons immers geleerd dat de installatie van centrale drinkwatervoorzieningen heeft geleid tot het verdwijnen van ziekten als typhus en cholera in ons land (afgezien natuurlijk van de in het buitenland opgelopen besmettingen). Tussen een huis en de ondergrond waarop het is gebouwd, bevindt zich de fundering, in ons voorbeeld te vergelijken met het verband tussen het optreden van ziekte en het voorkomen van indicatororganismen in drinkwater. Jammer genoeg is deze fundering van een slechte kwaliteit. De 100 kiemen per ml van Koch zijn een pijler, maar deze grens bezit geen algemene geldigheid. Drinkwater waarin het aantal indicatororganismen voldoet aan die eisen zoals die gewoonlijk worden gehanteerd is geen vector voor cholera en typhus maar wat er zou gebeuren als aan die eisen gedurende langere tijd net niet voldaan zou worden, is onbekend. Het verband tussen de aantallen indicatororganismen en het optreden van ziekten als infectieuze geelzucht, gastro-enteritis van virale oorsprong, giardiasis etc, staat in het geheel niet vast. Het bijgebouwtje 'sulfietreducerende clostridia' is dus we1 uitermate zwak gefundeerd. Gericht epidemiologisch onderzoek naar het verband tussen indicatororganismen en verspreiding van ziekten via drinkwater zou toe te juichen zijn. Dit is echter moeilijk en kost veel tijd en geld. Het is niet verantwoord een bestaande waterzuivering opzettelijk te verstoren om na te gaan of ziektegevallen daarvan het resultaat zijn. Een alert optreden bij incidentele calamiteiten, zoals in maart 1981 in Rotter-
dam, kan ons inzicht vergroten. Voorts is het vermelden waard dat in Frankrijk (in het Laboratoire $Hygiene et de Recherche en SantC Publique, FacultC de MCdecine, Vandoeuvre) een epidemiologisch onderzoek is gestart onder plattelandsbewoners waarvan een gedeelte grondwater consumeert dat niet voldoet aan de EEG-eisen. Zolang de fundamenten van het huis niet verbeterd zijn, is het aan te raden een veilige weg te kiezen en zuinig te zijn op de weinige pijlers waar het op rust. D e modderpoel van besmettelijke ziekten is nog niet opgedroogd. Bij alle discussies rond neveneffecten van oxydatiemiddelen mag niet worden vergeten dat een goede desinfectie een primaire eis voor een betrouwbare watervoorziening is en blijft. Hetzelfde geldt voor de controle door microbiologisch onderzoek van het water in alle stadia van zuivering en distributie. Dankbetuiging Een waardevolle bijdrage aan de vorm en inhoud van deze tekst werd geleverd door de heren ir. S. G . 130s en dr. T. Trouwborst (Ministerie van Volksgezondheid en Milieuhygiene, Directie Drink- en Industriewatervoorziening, Leidschendam). Referenties Burleson, G. R. and Pollard, M. (1975). Inactivation o f vegetative cells and spores of bacteria by ozone and sonication. International Ozon Institute, 2nd Symposium on Ozone Technology, May 11-14, 1975, pp. 445 - 454. Chang, S. L. (1971). Modern concept o f disinfection. J. San. Eng. Div., Proc. Am. Soc. Civ. Eng. SA 5, 97, 689 - 707. Colberg, J. and Lingg, A. J. (1977). Sur~ivalrates in water of bacterial fish pathogens, Bacillus spores, and a ~nixedprotozoan-bacterial populatio~l follo~vingtreatment wit11 ozone. Abstr. Ann. Meeting Am. Soc. Microbiol. 77, 277. Drapeau, A. J. et Paquin, G. (1977). La destritction des bactkries et virus par /'ozone. Partie 3: Effet bactkncide (suite). Eau du Qu6bec 10, 210 - 214. Dye, M. and Mead, G. C. (1971). The effect o f chlorine on the viability of clostridial spores. J. Fd Technol. 7 , 173- 181. Hall, E. S. (1973). Qriantifative estimation o f disinfection interferences. Wat. Treatm. Exam. 22, 153- 174. Hartman, P. A., Reinbold, G. W. and Saraswat, D. S. (1966). Indicator-organisnls - a review. T a s o t ~ o o~f~the ~ yfaecal sfreptococci. Int. J. Syst. Bacteriol. 16, 197- 221. Havelaar, A. H. en Tips, P. D. (1980). Thernlotolerante klebsiellae in afval~i~ater van papier- en sirike-rfabrieker~.H20 13, 210 - 212. Haufele, A. und Sprockhoff, H. v. (1973). Ozon 01s Desinfektionsr~zitfelgegen vegetative Bakterien, Bazillensporetl, Pilze rind Viren in Wasser. Zbl. Bakt. Hyg., I. Abt. Orig. B 175, 53-70. Hoff, J. C., Rice, E. W. and Geldreich, E. E. (1979). Inactivation o f Giardia rinitris cysts by clrlorine. Abstr. Ann. Meeting Am. Soc. Microbiol. 79, Q 55. Jarrol, E. L., Bingham, A. K. and Meyer, E. A. (1981). Effect of chlorine on Giardia larnblia cysf viability. Appl. Env. Microbiol. 41, 483-487.
Kaspnak, W., Mazur, T. and Matylla, W. (1980). Resistance of Giardia cysts to physical and chemical agents. Bull. Inst. Marit. Trop. Med. Gdynia 31, 239 247. KmsB, C. W., Hsu, Y.-C., Griffiths, A. C. and Stringer, R. (1970). Halogen action on bacteria, viruses and protozoa. Nat. Spec. Cod. on Disinfection, July 8-10, 1970, pp. 113 136. Stringer, R. and Krus6, C. W. (1970). Amoebic cysticidal properties of halogens in water. Ibid.,
-
-
319- 338.
Venosa, A. D. (1972). Ozone as a water and wastewater disinfectant: a literature review. In. Evans, F. L. (ed.). Ozone in water and wastewater treatment. Env. Prot. Ag.,Cincinnatti, Ohio, pp. 83 - 100. Waites, W. M., King, N. R. and Bayliss, C. E. (1977). The effect of chlorine and heat on spores o f Clostridium botulinurn. J. Gen. Microbiol. 102, 211 -213.
Wyatt, L. R. and Waites, W. M. (1973). The effect of hj*pochloriteon the germination of spores of Clostrodium bifermentans. J. Gen. Microbiol. 78, 383 - 385.
Wyatt, L. R. and Waites, W. M. (1975). The effect o f chlorine on spores of Clostridium bifermentans, Bacillus subtilus and Bacillus cereus. J . Gen. Microbiol. 89, 337 344. Anderson, J. M. and Baird-Parker, A. C. (1975). A rapid and direct plate neth hod for enumerating Escherichia coli biotype I in food. J. Appl. Bacterial. 39, 111 117.
-
-
in aanwezigheid van sulfaat en sulfaatreducerende bacterien (SRB), de rol van electronenacceptor door sulfaat worden vemuld. SRB kunnen het aan de kathode gevormde waterstofgas opnemen onder reductie van sulfaat [Von Wolzogen Kiihr en Van der Vlugt, 195 11. De wijze waarop SRB betrokken zijn bij het optreden van corrosie van gietijzeren en stalen leidingen lijkt in theoretisch opzicht duideliik. In welke mate de in de praktijk optredknde corrosie wordt bepaald door de activiteit van SRB en door welke factoren deze activiteit wordt be'invloed is echter nog verre van duidelijk. Daar het roestprobleem nog steeds niets aan actualiteit heeft ingeboet, staan deze onderwerpen nog voortdurend in de belangstelling. Door Tuovinen et al. [ 19801werd vastgesteld dat in tuberkels (roestpokken) vrijwel altijd SRB aanwezig zijn. Kwantitatieve gegevens werden echter niet verzameld. Aangetoond werd dat de pH in de tuberkels relatief laag was, evenals de redoxpotentiaal, terwijl maximaal3 % van de droge-stof uit zwavel bestond. Lee et al. [I9801 constateerdendat leidingwater, dat in een stalen leidingnet (circuit) werd rondgepompt, meer SRB bevatte dan leidingwater dat in een PVC leiding werd rondgepompt. Voor de koloniegetallen werd het omgekeerdewaargenomen, namelijk circa lo4CFUIrnl in de stalen leiding en circa 105CFU/ml in de PVC leiding. Bij coupontests die door laatstgenoemde ondenoekers werden uitgevoerd, bleek dat de corrosiesnelheid sterk afhankelijk was van de zuurstofconcentratie. Meer relevante gegevens over de rolvan SRB werden verkregen bij onderzoek, uitgevoerd bij het Water Research Centre [Ainsworth et al. 1979].Vastgesteldwerd dat in tuberkels weinig SRB aanwezig waren, terwijl relatief grote aantallen van deze organismen werden aangetroffen op de buiswand en op de buitenkant van de tuberkels. Deze waarnerningen komen overeen met gegevens verkregen uit onderzoek dat bij het KIWA in samenwerking met enkele waterleidingbedrijven werd uitgevoerd. SRB kunnen waterstofgas als energiebron benutten. Tevens hebben ze echter organische verbindingen als koolstofbron nodig en sulfaat als electronenacceptor. Bij 6,s mg SO4=per liter is de groeisnelheid (activiteit) nog de helft van de groeisnelheid (activiteit) bij SO,= concentratiesboven 100ml/l [Smith en Klug, 19811. Gezien het karakter van de wand van de tuberkels ligt het voor de hand dat SRB zich hierin niet sterk kunnen manifesteren, ondanks het kennelijk anaerobe milieu. Niettemin lijkt de corrosie vooral in de tuberkels vrij sterk. Dit kan betekenen dat het anode gedeelte van de voor corrosie verantwoordelijke electrochemische cel zich hier bevindt. SRB
bevinden zich op de kathodische plaatsen omdat daar het waterstofgas vrijkomt. Hiermee zou de geconstateerde aanwezigheid van SRB op de buis- respectievelijk tuberkelwand kunnen worden verklaard. Zoals vermeld zijn SRB voor hun groei aangewezen op bepaalde organische koolstofbronnen, met name carbonzuren en aminozuren. Op grond hiewan en aannemende dat SRB inderdaad een rol van betekenis spelen bij het optreden van corrosie van gietijzeren leidingen, zou men kumen stellen dat distributie van water met een zeer gering gehalte aan genoemde verbindingen, die overigens met de zogenaamde AOC-bepaling kunnen worden gemeten [Van der Kooij et al. 1982a], aanbevelenswaardig is. Nader onderzoek naar de aanwezigheid en gedragingen van SRB in gietijzeren leidingen is echter nodig ter vaststelling van de bijdrage van deze organismen aan de inwendige aantasting van deze leidingen. 4.2. Aantasting van rubber Rubber wordt vooral toegepast in de vorm van ringen in koppelingen van leidingen van beton, asbestcement en PVC. Daarnaast vindt het toepassing in membranen in hydroforen en sanitair. Aantasting van gewlcaniseerd natuurrubber door Streptomyces soorten is reeds ruim 25 jaar geleden door Rook [I9551 aangetoond. Leeflang [I9631 stelde vewolgens eenduidig vast dat de aantastingsverschijnselen,die werden waargenomen bij ringen van natuurrubber, eveneens werden veroorzaaktdoor bacterien behorende tot de genera Streptomycesen Nocardia, de zogenaamde actinomyceten. De aantasting van natuurrubber wordt veroorzaakt door enzyrnen, die het isopreen molecuul in kleinere delen omzetten. Ook synthetisch isopreen wordt door microorganismen aangetast. Op basis van de bevindingen van Leeflang werd door de KIWA Commissie Rubberringen in 1964 aanbevolen om in buiskoppelingen ringen van het synthetische styreen-butadieen rubber (SBR) toe te passen. Dit rubbertype bleek, evenals een aantal andere synthetische rubbertypen, niet te worden aangetast in langdurende laboratoriumexperimenten [Leeflang, 19681. Sinds het begin van de zestiger jaren is SBR op ruime schaal toegepast. Enige jaren geleden werd door het KIWA een aantal van de oudste SBR-ringen opgegraven voor nader onderzoek. Uit dit onderzoek kwam naar voren dat deze ringen geen aantastingsverschijnselen vertoonden en dat de mechanische eigenschappen onveranderd waren. 5. Groeibevorderingdoor materialen 5.1. Glijmiddelen Glijmiddelen worden toegepast in buis-
koppelingen. Uit onderzoek bij het Water Research Centre (WRC, Engeland) is gebleken, dat de aanwezigheid van bacterien van de coligroep in water in pas gelegde of gerepareerde leidingenin een aantal gevallen terug te voeren is op de vermeerdering van deze organismen op het bij de koppeling toegepaste glijmiddel [Hutchinson en Collingwood, 19741. Tevens kwam naar voren dat chloring van de betreffende leidiig niet doeltreffend was. In Nederland zijn overeenkomstige ewaringen opgedaan. Ter voorkomingvan vermeerderingvanbacterien op glijmiddel in de koppelingen is door het WRC het glijmiddelMedlube ontwikkeld, waarin zich een bacteriedodendestof bevindt. Meerdere glijmiddelen met een bacteriedodende werkingzijn inmiddels in de handel. In hoeverre deze middelen in alle opzichten voldoen ispog de vraag. Bij een experiment met CCn van deze verbindingen bleek dat een geringe concentratie (1 mg/l) van het glijmiddel tot een sterke bacteriegroei leidde. Ook bacterien van de soort Klebsiella pneumoniae bleken in staat het glijmiddelna een aanpassingsperiodeals energie- en koolstofbronte benutten (a&. 1). Hieruit kan worden gewncludeerd dat in de praktijk stimulatie van de bacteriegroei kan optreden wanneer glijmiddelen in geringe hoeveelheden in het leidingwatergeraken. In de koppeling is de concentratievan de bacteriedodende stof vermoedelijk voldoende hoog om vermeerdering te voorkomen. Het verdient aanbeveling om enerzijds een duidelijke instructie op te stellen ten aanzien van de te gebruiken hoeveelheid ghjmiddel per koppeling, anderzijds om de diverse verkrijgbare glijmiddelen te onderzoeken op stimulatie van bacteriegroei.
5.2. Kunststoffen In het distributiesysteem wordenverschillende typen kunststoffen toegepast (tabel 111). De samenstellingvandeze materialen is vaak zeer complex. In de meeste gevallen is sprake van een polymere basisstructuur waaraan Afb. !- Groei van Klebsiellapnewnoniae (0) in drinkwater waaraan een glijmiddel ( I mgll) is toegevoegd en groei van autochtone bacterien in drinkwater met glijmiddel(0) respectievelijkzonderglijmddel (A). In drinkwater zonder glijmiddelen treedtgeen vermeerdering van K. pneumoniae op. Groeiproevenuitgevoerd bij 15'C. hop(CNlrnl)
TABEL 111- Toepassingerl van kitrrrtstofferz in distribtctiesvstenie~l. -
Verven (anti-corrosie; anti-fouling) Coatings (idem + afdichting) Folien (idem + afdichting) Kleefstoffen (voor vastzetten van tegels) Toevoegingen aan betonlcement Voegdichtingsmiddelen Leidingmaterialen
TABEL IV - Samenstelli~z~ van kimnststoffen. Macro-moleculaire basis: - polyvinylchloride - polyetheen - polypropeen - polycarbonaat - polyamide (nylon) - polyester - polyurethaan - epoxyhars
Toevoegingen:
- antioxidantia inactivatoren W-adsorberende verbindingen - stabilisatoren - glijmiddelen - vulstoffen - antistatica - kleurstoffen - biostabilisatoren - versnellers - oplosmiddelen - weekmakers -
-
allerlei verbindingen zijn toegevoegd (tabel IV). Met name deze toevoegingen maar ook restanten van monomeren kumen afgegeven worden aan het water. De afgifte van verbindingen uit kunststof materialen verdient in de eerste plaats aandacht omdat deze verbindingen mogelijk schadelijk zijn voor de gezondheid van de mens. Kunststoffen die met drinkwater in aamakine. komen worden dan ook onderworpen aan uitvoerig onderzoek [Poels, 198 I]. Ook in verband met smaakproblemen is keuring van kunststoffen van belang. In Duitsland, Engeland, Belgie en d e ~ e r e n i g d Staten e wordt tevens aandacht besteed aan de bacteriegroeibevorderende eigenschappen van kunststoffen als gevolg van de afgifte van afbreekbare verbindingen. Deze eigenschap van kunststoffen is overigens niet alleen (zozeer) een probleem voor waterleidingbedrijven maar evenzeer voor de levens: middelenindustrie en voor ziekenhuizen en laboratoria, wanneer kunststoffen worden gebmikt voor transport of opslag van water. De afgifte van afbreekbare verbindingen door kunststoffen (inclusief verven, bitumen en coatings) kan leiden tot slijmvonning op het materiaal en hoge koloniegetallen in het water tot gevolg hebben [Gartner, 19 12; De Jong, 1973; Schoenen et al. 1978a; Schoenen et al. 1979b; Ellgas en Lee, 1980; Schoenen enThofern, 198 1; Schoenen et al. 198 11. In sommige gevallen treedt slijmvorming zeer plaatselijk op, bijvoorbeeld op diletatievoegen [Schoenen en Dott, 19771of o p voegen van tegelvloeren onder vorming van macrokolonies ( 0 tot 8 cm) [Schoenen et al. 1979; Schoenen en Thofern, 19811. In bepaalde experirnentele omstandigheden en een watertemperatuur van 30°C kunnen bacterien vande coligroep en P.aeruginosa zich in aanwezigheid van andere micro-
-
organismen op materialen vermeerderen [Burman e n Colboume, 19771.Dott en Thofern [I9801 toonden echter aan dat genoemde bacteriesoorten zich in een tweetal slijmtypen, die in praktijkomstandigheden o p materialen worden gevormd, niet handhaafden bij een watertemperatuur van 17"C. Zij verklaarden hiermee dat genoemde bacteriesoorten vrijwel nooit aanwezig zijn in o p materialen gevormd slijm. Slijmvorming o p materialen heeft hierdoor in de regel geen directe consequenties voor de hygienische gesteldheid van het drinkwater. Of dit bij relatief hoge watertemperaturen (25 a 30°C), die in binnenleidingen kunnen heersen, ook steeds het geval zal zijn is echter onduidelijk. O p grond van de praktijkervaringen met kunststoffen werden in verschillende landen methoden ontwikkeld waarmee de bevorderingvan bacteriegroei door materialen kan worden vastgesteld In Engeland is een methode ontwikkeld bij de Metropolitan Water Board [Windle Taylor, 19731. Deze methode is later uiwoeriger beschreven door Burman en Colboume [1977]. D e test wordt uitgevoerd door het meten van de groei van micro-organismen (koloniegetal bij 22"C, idem bij 37"C, bacterien van de coligroep, Pseudomonas aeruginosa en schimmels in water (900 ml leidingwater geent met 100 ml rivienvater) in aan- en afwezigheid van het te testen materiaal ( 150 x 50 x 50 mm) ge'incubeerd bij 30°C. Tweemaal per week wordt het water, na het bepalen van de genoemde micro-organismen, uit de flessen venvijderd (op 10 ml na) en vervangen door 990 ml leidingwater zonder chloor. Het onderzoek wordt gedurende 6 tot 8 weken voortgezet. Het materiaal wordt als groei-
bevorderend beoordeeld wanneer 3x achtereen de aantallen micro-organismen in het water mkt het materiaal lox hoger zijn dan in de blanco. Tevens kan een uitspraak worden gedaan over de groeibevorderende werking o p specifieke groepen van micro-organismen (schirnmels, bacterien van de coligroep en P.aeruginosa). Een groot aantal materialen is inmiddels door middel van de beschreven test onderzocht (onder meer ook bij de Antwerpse Waterwerken) [Van Hoof, 19801en een groot deel, waaronder rubbersoorten en glasvezelversterkte plastics, bleken groeibevorderend. D e beschreven methode is voorgesteld voor standaardisatie en is goedgekeurd door de National Water Council [Ashworth en Colbourne, 198 I]. Inmiddels is vastgesteld dat bepaling van de zuurstofconsumptie bij de beschreven opzet eveneens nuttige informatie oplevert [Colbourne en Brown, 19791. Ook in West-Duitsland staat afgifte van afbreekbare verbindingen door materialen in d e belangstelling. Door Thofern en Schoenen van het Hygiene lnstitut van de Universiteit te Bonn is een methode ontwikkeld die berust o p het meten van de produktie van bacterieslijm op het oppervlak van materialen (proefplaten van 25 x 25 crn), in stromend drinkwater (zonder chloor) en een temperatuur van 10- 15"C. Slijmvolumina worden gemeten na 3 en na 6 maanden blootstelling, zodat ook een indruk over de duur van d e afgifte wordt verkregen [Schoenen et al. 1978aI. Een groot aantal materialen is inmiddels onderzocht (tabel V) met deze methode, die als ontwerp-Arbeitsblatt 270 bij d e DVGW in behandeling is. Uit tabel V
TABEL V - Sliirnvormi~~g op marerinler~in contact met drirzk,tzater bii 10- 15°C. Materiaal
Toepassing
Plexiglas Eternit PVC folie Siliconenkit (amine hardend) (voeg)dichting Siliconenkit (zuurhardend) (voeg)dichting Siliconenkit (neutraal hardend) (voeg)dichting Polysulfide (voeg)dichting Epoxyhars primer Epoxyhars
primer
Epoxyhars
primer
Epoxyhars Epoxyhars
primer primer
Epoxyhars Bitumen Bitumen Bitumen Bitumen Chloorrubber Chloorrubber
coating coating coating coating coating coating
Testcondities
Periode maanden 00533330-
laag van I cm laag van I cm laag van I cm laag van 1cm 64 g/m2; I4 dagen bij 3 "C gedroogd 064 g/m2; 14 dagen bij 20°C gedroogd 064 g/m2; I4 dagen bij 50°C gedroogd praktijk (nieuwb.) 64 glm2; zonder 0oplosmiddel 64 g/m2; met oplos- 0 middel na 14d. bij 20°C 0na I week drogen 0na I6 weken drogen 0 zonder oplosmiddel 0 na l week drogen 0na 16 weken d r o ~ e n 0 -
a -, geen aantoonbare hoeveelheid slijm gevormd met 15 % versneller (benzylalcohol).
5 5 10 6 6 6 6
Slijm (mI/m2)
-a
Literatuur
3
56 LOO 10-20 810 1260 200
Schoenenet al. 197% Schoenen et al. 1978a Schoenen et al. 1978a Dott et al. 1979 Dottetal. 1979 Dott et al. 1979 Dott et al. 1979 Schoenen en Hotter, 198 1
3
160
Schoenen en Hotter, 198 1
3
-
Schoenen en Hotter, 198 1
3
-
5-2 1 Schoenen et al. 197% max.720b Schoenen en Hotter, 198 1
3
160
5 5 5 5 5 5
15-63 160 9 -
93 8
Schoenen en Hotter, 198 1 Schoenenet al. 197% Schoenen en Dott, 1978 Schoenen en Dott, 1978 Schoenen en Dott, 1978 Scboenen en Dott, 1978 Schoenen en Dott, 1978
blijkt dat de mate van slijmproduktie sterk materiaalgebonden is en afhankelijkisvan de voorbehandeling van het materiaal (bijvoorbeeld a1 dan niet langdurig drogen), de hoeveelheid materiaal per oppervlakteeenheid en de periode waarover reeds slijm is gevormd. Slijmvoming bleek niet op te treden wanneer het vrij chloorgehalte hoger dan 0,l 5 0,2 mg/l was. Door de Kunststoffkornmission van het Bundesgesundheitsamt [I9791 zijn pogingen ondemomen om de afgifte van afbreekbare verbindingen door materialen te onderzoeken met groeiproeven van een reincultuur (Pseudomonas fluorescens). Deze werkwijze leverde geen resultaten op daar de groei van het organisme in de blanco (circa lo6 5 lo7 CFU/ml) overeenkwarnmet de groei in water in aanwezigheid van kunststofmonsters (30 kunststoffen getest). In de Verenigde Staten werd voor het onderzoek van coatings eveneens van reincultures (Enterobacter, Klebsiella en Pseudomonas soorten) gebruikgemaakt. Hierbij werden objectglaasjes in coatingrnateriaal gedipt en na drogen in 425 ml gedestilleerd water met buffer geplaatst. Circa 32 coatingplaatjeswerden onderzocht [Ellgas en Lee, 19801. Daar met de bij het KIWA ontwikkelde methode voor het bepalen van het gehalte aan assimileerbareorganische koolstofverbindingen (AOC) in water zelfs zeer geringe concentraties nog goed meetbaar bleken [Van der Kooij et al. 19811, werd ervan uitgegaan dat met deze werkwijze in principe ook de afgdte van afbreekbare verbindingen door materialen moet kumen worden onderzocht. Enkele orienterende experimenten met een vijftal verschillende materialen bevestigden dit (afb. 2,3,4). Tevens bleek het mogelijk om een uitspraak te doen over de snelheid waarmee AOCverbindingen door de verschillende materialen aan het water worden afgegeven (tabel VI). Voorwaarde voor de toepassing van deze methode is dat water met een laag AOC-gehalte wordt gebruikt. 5.3. Hout Drinkwater komt thans in Nederland vrijwel niet meer in aanraking met hout. In de Verenigde Staten daarentegen wordt hout nog we1 toegepast voor de constructie van reinwater reservoirs. In deze zogenaamde 'redwood' reservoirs treedt echter herhaaldelijk vermeerdering van micro-organismen op, waarbij ook bacterien van de coligroep (Klebsiella's) in aantal toenemen. Afgifte van afbreekbare stoffen door het hout, eventueel als gevolg van aantasting, is hiewan de vermoedelijke oorzaak [Seidler et al. 19771.
6. Groeiremming door materiden 6.1. Koper en lood De rneeste dienst- en binnenleidingen
Zadt PVC 0
1
dm---
Afb. -7 - Groei van Pse~rdomonasf%rcoresce~wstam PI 7 in gepasteuriseerd drinkwater in aanwezigheid van polyetheen. Proefomstandigheden:buismonsters van circa 5 - 8.5 g met een oppervlakte van circa 45 m2werden getest in vohrmina van 600 ml bij 15°C. Bij het voortgezet experiment is ket materiaal in vers, gepasteziriseerd drinkwater overgebracht. Experimenten in duplo.
10
h Sillr~n~nOORtm enpenmen! r .m,g.z*, clprnmlnt a Hard PVC.ern0 -,man
..
.
-
. . *mrtOUat
.rpmm(
5
! 0
10
20
WPlleUP~l'mcn, vwrlezm eipeamsnt
30
40
da*"
Afb. 3 - Groei van Pseudomonas fluorescens stam PI7 in gepaste~iriseerddrinkwater in aanwezigheid van siliconenslann en hard polvvinvlchloride. . . ~roefomstandi~heden en blanco: zie afb. 2.
bestaan uit koper (tabel 11). In het verleden (tot circa 1930) werden veel loden leidingen gelegd. Dit materiaal wordt thans niet meer toegepast [Zoeteman en Haring, 19781. Koper en lood geraken door afgifte in het drinkwater en met name na een periode van stilstand kunnen deze materialen in concentraties van enkele milligrammen per liter aanwezig zijn [Elzenga en Graveland, 19801. De consequenties van met name de loodafgifte voor de gezondheid van de consument zijn reeds geruime tijd onderwerp van onderzoek. Het voor de mens veel minder gevaarlijke koper is in veel sterkere . mate dan lood toxisch voor bacterien
* 0
20
10
30
den
A fb. 4 - Groei van Pseudornorm.s fluorescens stam PI 7 in gepasteuriseerd drinkwater in aanwezigheid van raclrt polyvinylchloride. Proefomstandighedeneft blanco: zie afb. -7.
[Albricht et al., 1972; Bringman en Kiihn, 19801. Een concentratie van 30 pg Cuf +/I remt reeds de groei van Pseudomonasputida, terwijl bacterien behorende tot de species Klebsiella aerogenes a1 bij een Cu++ concentratie vanminder dan 10pg per liter in hun groei worden geremd. Bij Cu++ concentraties boven 63 pg per liter werd de groei volledig onderdrukt [Zevenhuizenet al. 19791. In de praktijk worden bij de koperbepaling zowel het vrije als het complex gebonden opgeloste koper gemeten. De maximale hoeveelheid als Cu++ opgelost koper wordt boven pH = 7 bepaald door de oplosbaarheid van CuO (tenoriet) volgens: CuO 2H+ cu2+ H,O (1) waarbij log K = 7.65 [Stumm en Morgan, 19701.Bij pH = 7 kan volgens vergelijking ( 1) maximaal circa 28 pg vrij Cu++/l aanwezigzijn; bij pH = 8 is deze concentratie 100 maal geringer. De situatie met betrekking tot de toxische werking van koper op bacterien is echter ingewikkelderdan op grond van de in relatie met de pH berekende maximale Cu++ concentratieszou worden verwacht. Dit wordt gealustreerd door een in afb. 5 weergegeven experiment. Klebsiella pneumonia groeit snel in drinkwater (pH = 7.7) in aanwezigheid van 100 pg maltotetraose C per liter (blanco). Koperconcentraties
+
=
+
TABEL VI - AOC-afgifredoor materialena Dikte
AOC-afgifte (pg acetaat-C equivalenten per cm2per dag)
Materiaal
(cm)
eerste week
Polyetheen 25 Polyetheen 50 Siliconen Polyvinylchloride (hard) Polwinvlchloride (zacht)
0.25 0.40 0.25 0.30 0.30
0.04 - 0.05
na 4 - 5 weken
-C
0.39 - 0.54 0.18 - 0.27 0.95
a voor werkwijze: zie Van der Kooij et al. 1982b; I p g ac-C eq.lcm2-dag = 4.2 x 106kolonievomende eenheden (CFU) van P. fluorescens P 17 per an2per dag; niet gemeten.
Microbiologische processen in spaarbekkens
1. Inleiding Voor de drinkwatervoorziening in Nederland wordt sinds ruim 20 jaar gebruik gemaakt van voorraadvorming d.m.v. opslag in spaarbekkens. Doelstellingen van de voorraadvorming zijn gewoonlijk: - overbrugging van droge perioden met onvoldoende rivierafvoer of slechte waterkwaliteit (voorraadbekken); - overbrugging van perioden met accidentele verontreiniging van het rivienvater door giftige en radio-actieve stoffen (calamiteitenbekken);
TABEL I - Kerln~erkenvan de spaarbekkens. Spaarbekken
Nat oppervlak ha Inhoud lo6m3 Gem. diepte m Max. diepte m Verblijftijd dagen Jaar van inzebruikname
Berenplaat
Honderd en Dertig
3 10
8 6,5 7 30 1966
De intensiteit van microbiologische processen wordt zowel bepaald door externe als systeem-eigen factoren. Een zeer belangrijke invloed wordt uitgeoefend door de temperatuur. Wet temperatuureffect wordt vaak uitgedrukt in de Q,,: de vergroting van de reactiesnelheid bij een temperatuurDRS. G. OSKAM stijging van 10°C. Voor biochemische NV Watenv~nningbednjf processen wordt vaak een Q,, opgegeven van r$ -F.Brabantse B~esbosch 2 a 2,5, hetgeen betekent dat de reactiesnelheid bij elke graad temperatuurstijging 7 a 10% groter wordt. Voorbeelden van systeem-eigen factoren, die een belangrijke invloed uitoefenen, zijn - kwaliteitsverbetering d.m.v. zelfreinigingsuiteraard de verblijftijd, maar ook de diepte processen tijdens de opslagperiode van het bekken. Vele bacteriele processen (procesbekken). spelen zich bij voorkeur af aan vaste Daar de overbruggingsfunctie van spaaroppervlakken, bijv. zwevende stof. Daarom bekkens een verhoudingsgewijs lage kan, onder overigens gelijke omstandigheden gebruiksfrequentie zal hebben, ligt het voor de hand inrichting en bedrijfsvoering van een d e afbraaksnelheid in een ondiep bekken bekken af te stemmen op optimalisering van groter zijn dan in een diep bekken. In een ondiep bekken is de verhouding van de kwaliteit van het water, dat aan het wandoppervlak (bodem, oever) t.0.v. het bekken onttrokken wordt. vrije water groter, tenvijl daamaast ook het D e zelfreinigingsprocessen zijn zowel gehalte aan gesuspendeerd sediment door de (micro)biologisch, als fysisch en chemisch hogere turbulentie verhoogd is. Hier staat van aard [Oskam, 19801. De belangrijkste tegenover, dat in een ondiep bekken de microbiologische processen, die een verfotosynthese-snelheid ook veel hoger is en betering van de waterkwaliteit kunnen daarmee het gevaar van massale algengroei. bewerkstelligen, zijn: D e bespreking van de bacteriele processen - aerobe afbraak van organische verzal vnl. toegelicht worden aan de hand van bindingen (mineralisatie) door heterotrofe ervaringen met het ondiepe Berenplaat bacterien; spaarbekken, dat in de tweede helft van de - verbetering van de hygienische kwaliteit, d.w.z. de afstervingvan (faecale) bacterien en jaren 60 met Rijnwater werd gevoed, en de diepe Biesbosch bekkens, die sinds 1973 in virussen: bedrijf zijn en met Maaswater worden - oxydatie van ammonium tot nitraat door gevoed. Enkele kenmerken van de spaarnitrificerende bacterien; bekkens zijn weergegeven in tabel I. - nitraatreductie en denitrificatie, resulterend in een verlaging van het nitraat2. Kinetische beschouwing gehalte. Elk proces kan worden gekarakteriseerd Afgezien van de denitrificatie, is een goede door zijn kinetische orde. In het algemeen zu~rstofhuishoudin~ noodzakelijk voor een wordt aangenomen dat microbiologische optimaal verloop van de genoemde processen. Voor ondiepe bekkens (diepte tot ca. afbraakprocessen een le orde karakter hebben, hetgeen betekent, dat de afbraak5 rn), die permanent door de wind over de snelheid evenredig is met de concentratie van gehele diepte worden gemengd, vormt dit d e betrokken stof: geen probleem. Echter voor diepe bekkens (diepte > 10 m), die aan thermische dc--- k .c met de oplossing c, = c,. e-kt (1) stratificatie onderhevig zijn, is zuurstofdt armoede in de onderlagen een 'normaal' c, = concentratie na tijd t verschijnsel, althans biJ de gegeven kwaliteit c, = concentratie op tijd = 0 van het Nederlandse oppervlaktewater. k = snelheidsconstante In dat geval mag een destratificatie-inrichting Deze oplossing is echter alleen geldig, als elk - voor het handhaven van een isotherme toestand met een goede zuurstofhuishouding watermolecuul precies dezelfde verblijftijd heeft, d.w.z. bij een ideale propstroom of in over de gehele diepte - niet ontbreken.
*
De Gijster
130
37
2 10 33
12 27 90 1980
27 90 1973
Petmsplaat
15.5
100 13 13 15
35 1973
het geval een bekken niet doorstroomd wordt (standbekken). Tenzij van een vkrgaande segmentering d.m.v. strekdammen sprake is (zoals bij het Berenplaat spaarbekken), zal in de praktijk een meer of minder gemengde situatie bestaan. De afbraaksnelheid in de volledig gernengde situatie kan berekend worden uit een beschouwing van de massabalans van de betrokken stof in het spaarbekken: -
V. dc
massa-verandering = - Q.ci.dt -Q.c,.dt -V.k.cU.dt = invoer - uitvoer - afbraak
V = volume van het spaarbekken Q = debiet ci = concentratie in het inlaatwater c u = concentratie in het uitlaatwater (= concentratie in het spaarbekken).
v
Met -= T (= gemiddelde verblijftijd in het
Q
bekken) kan dit worden omgewerkt tot:
Als d e invoerconcentratie q constant is, dc ontstaat een 'steady state' situatie: - = 0. dt Hiemit volgt:
CU-- (1
+k.~)-'
(4)
Ci
Een compromis tussen ideale propstroom en een volledig gemengde situatie kan worden bereikt door compartimentering, d.w.z. door rneerdere gemengde bekkens in sene te schakelen. Het afbraakeffect onder 'steady state' omstandigheden kan dan worden weergegeven door:
C"= (1 + k.;) T
-n
Ci
T
= totale verblijftijd n = aantal cornpartimenten
D e hier gegeven afleiding kan beschouwd worden als een vereenvoudigde versie van de beschouwingen van Huisman en Martijn [ I 9681 over de verbetering van de waterkwaliteit in doorstroombekkens. D e tabellen I1 en I11 geven berekende cu/ci-verhoudingen als functie van de compartimentering en reactiesnelheid voor een totale verblijftijd van 20, resp. 100 dagen.
TABEL I1 - c,,lci-verhouding voor verschillende k-bvaarden en comuartimenterina(T = 20 daaen). Prop-
0,OS 0.25
0,50 0, 17
0.44 0.08
0.4 I 0.04
0.40 0,026
0.37 0,007
TABEL I11 - c,,lci-verhouding voor verschillende k-waarden en compartimentering (T = 100 dagen).
afwerpt, maar dat bij intermediaire kT-waarden van ongeveer 5 een compartimentering in 2 i 4 eenheden mogelijk een kwalitatief zinvol rendement kan opleveren. Bij hoge kT-waarden (- 25) is compartimentering alleen zinvol als in de zuivering een verwijdering van veel meer dan 2 log eenheden noodzakelijk is. Dit is het geval met bacteriologische parameters, zoals het gehalte aan colibacterien, waarvoor niet zelden een zuiveringsrendementvan meer dan 5 log eenheden noodzakelijk is.
1979
1980
1981
Afb. 2 - Maandgemiddeldesmaakgetallen van het bekkerz Petrusplaat.
Uit tabel II is af te leiden, dat bij een korte verblijftijd compartimentering weinig zin heeft voor langzame (k = 0,O 1dag-l) en gemiddelde reacties (k = 0,05 dag-I). Voor snelle reacties (k = 0,25 dag-') heeft compartimentering tot bijv. 4 eenheden we1 een duidelijkgunstigeffect.Ook bij een lange verblijftijd van 100 dagen (tabel 111) profiteert een langzame reactie nauwelijks van compartimentering. Voor reacties met gemiddelde snelheid (k = 0,05 dag-l) wordt CCnzelfde effect gescoord als bij snelle reacties uit tabel II,terwijl voor snelle reacties (k = 0,25 dag-') theoretisch een geweldig effect wordt verkregen. Dit is gewoonlijk van weinig praktisch nut, daar in de waterzuivering, afgezien van de hygienische parameters, een verwijdering van 2 log eenheden als meer dan voldoende kan worden beschouwd. De vraag, of compartimentering in een bekkensysteem nuttig is voor het optimaliseren van de zelfreiniging kan pas beantwoord worden, als over de reactiekinetiek van de afbraakprocessen de nodige informatie beschikbaar is. In zijn algemeenheid kan gesteld worden, dat bij kT-waarden van < 1 cimpartimentering nauwelijks nut
3. De mineralisatie van organische stoffen In 2 artikelen in H 2 0 [Rook en Oskam, 1969; Oskam en Rook, 19701is beschreven, hoe de opslag van Rijnwater in het Berenplaat spaarbekken resulteerde in een frappante smaakverbetering. Dit wordt duidelijk ge'illustreerd in afb. 1, die de smaakgetallen van rivier- en spaarbekkenwaterweergeeft over deperiode 1966- 1968. Hoewel de auteurs onderkennen, dat ook de continue aeratie een rol speelt, waardoor de organische stoffen met een grotere vluchtigheid aan het grensvlak water - lucht uitgewisseld worden ('uitwaaien') concluderen iij: 'De temperatuurgevoeligheid van de smaakverwijderingsprocessenwijst er echter op, dat de microbiele oxydatie als belangrijkste factor aangemerkt moet worden'. De smaakverbetering werd als het belangrijkste facet van de zelfreiniging in het spaarbekken gezien. Met het oog op zijn belangrijke functie voor de kwaliteitsverbetering, was het Berenplaat bekken voorzien van 6 seekdammen, resulterend in 7 achter elkaar geschakelde compartimenten. Het is de moeite waard, achteraf vast te stellen of deze compartimentering in de bereikte smaakverbetering van belang is geweest. Hoewel op
Afb. I - Smaakverbetering in het Berenplaat spaarbekken. -
-
Smaakgetal - rivier --- Berenplaat
grond van de volumeldebiet-verhouding in 1967 de theoretischeverblijftijd ca. 30 dagen bedroeg, waren er aanwijzingen dat de effectieve verblijftijd ca. 2 1 dagen bedroeg. Dit werd afgeleid,uit de snelheidwaarmee de chloridepieken van het inlaatwater het spaarbekken doorliepen en bij de uitlaat aniveerden [Oskam en Rook, 19701. Uit de waarnemingen (afb. 1) valt af te leiden, dat voor de zomerperiode de verq O,1 bedroeg. Met houding ~ l ongeveer n = 7 en T= 2 1 dagen kan uit formule (5) berekend worden, dat de k-waarde in deze periode 0,13 dag-' heeft bedragen, zodat van een redelijk snel proces gesproken kan worden. Zonder compartimentering bedraagt c,,/q volgens formule (4) 0,27, hetgeen een duidelijk grotere smaakbelasting voor het zuiveringsbedrijf zou hebben betekend. Geconcludeerd kan daarom worden, dat in de beginjaren van het Berenplaat bekken de compartimentering een nuttige bijdrage heeft geleverd, althans wat de smaakverbeteringbetreft. In de jaren na 1968 is het smaakgetal van het Rijnwater door saneringsmaatregelen afgenomen tot een niveau van 20 k 30, waarbij een duidelijk persistenter pakket aan smaakstoffen overbleef. Het gevolg was, dat de smaakverbetering in het Berenplaat bekken het karakter van een langzaam proces kreeg, waaraan de compartimenteringnauwelijks meer zal hebben bijgedragen. Naast verwijdering van smaakstoffen, kunnen bij de oxydatieve afbraak van organische stoffen ook smaakstoffen worden gevormd. Bekendzijn de stoffengeosmine en 2-methylisoborneol,die aan het water een muf-gronderige geur en smaak kunnen verlenen [v. d. Vlugt c.s., 19731. Over het algemeen wordt hun vorming geassocieerd met de groei van cyanobacterien (blauwwieren) of de activiteit van actinomyceten; een groep micro-organismen, die een belangrijke rol speelt bij de afbraak van plantenmateriaal (vooral op het land, maar ook in het water). Een dergelijke smaakontwikkelingheeft zich in 1980in de Biesbosch bekkens voorgedaan. In afb. 2 zijn de maandgemiddelde smaakgetallengegeven van het bekken Petrusplaat,
van waaruit het water naar de afnemers werd getransporteerd. In de andere bekkens, De Gijster en Honderd en Dertig, was sprake van een volkomen synchrone ontwikkeling, waarbij eind augustus een piekwaarde van 12- 14 voor het smaakgetal werd geregistreerd. De chlorofylwaarden, als maat voor d e algenbiomassa, bedroegen op dat moment in De Gijster, Honderd en Dertigen Petrusplaat resp. 20, 10 en 2 pg/l. Ook uit microscopisch planktononderzoek kan de conclusie worden getrokken, dat de in de bekkens aanwezige cyanobacterien in de smaakontwikkeling van het water alleen een ondergeschikte rol kunnen hebben gespeeld. Gezien het synchrone karakter van de smaakontwikkeling moet in de drie bekkens een gemeenschappelijke oorzaak aanwezig zijn geweest. Dit zou verband kunnen houden met de introductie van plantaardige organische stof in het bekkensysteem, die niet van de algen afkomstig was. Eind 1979 is het bekken De Gijster gevuld, waarbij ca. I00 ha voorland aan de binnenzijde van de dijk onder water is gezet. O p dit voorland was een griendlgrasvegetatie aanwezig, die zover het technisch mogelijk was door maaien was verwijderd. Gedurende de winterperiode 1979- 1980 kan door langzame afbraak van d e nog resterende vegetatie een ent hebben plaatsgevonden van het gehele bekkensysteem met precursors. De temperatuurstijging in juli zou dan de versterkte vorming van d e muf-gronderige reuk- en smaakstoffen hebben 'getriggerd' bijv. door verhoogde activiteit van actinomyceten. Als de hier gegeven verklaring juist is, zou sprake zijn van een CCnmalige gebeurtenis. In elk geval is in 198 1 en 1982 geen herhaling opgetreden, maar bleven de smaakgetallen in de bekkens o p het normale niveau van I tot 4. Naast de (incidentele) vorming van organische stoffen, vinden in de Biesbosch bekkens ook afbraakprocessen plaats. Een voorbeeld hieman toont afb. 3, waarin het verloo~ van de fenolconcentratie is weergegeven in de periode, dat het bekken Honderd en Dertig met rivienvater werd gevoed. De verwijdering, waarvan mag worden aangenomen dat dit langs biologische weg gebeurt, leidt tot ongeveer een halvering van de concentratie van het inlaatwater. Kennelijk zijn de fenolen, die nog in het inlaatwater aanwezig zijn, tamelijk persistent van karakter met een afbraaksnelheidsconstante van ca. 0,O 1 dag-I. Deze k-waarde is gebruikt in een berekening van het fenolgehalte in de Honderd en Dertig m.b.v. vergelijking (3). Zoals uit afb. 3 blijkt, benaderen de berekende concentraties de gemeten concentraties behoorlijk goed. Hieruit bliikt. " . dat kinetische modellen inderdaad kunnen worden gebruikt, om het gedrag van individuele verontreinigingen in een bekken als de Honderd en Dertig te
-
T
I
- rivier
fenolen , u g / ~
--- Honderd en Dertig gemeten ........- Honderd en Dertig berekend
-
1
-
d
-
I'
1-5
?l
-
\".. .. .I...:. I ; I t'" -. 1- -'.&..,I r, ; I'- I I!. I IY.....,~, ;. i'.... ..l 1 :. I I 1 I 1 j-:, ;I
I
i.'i.~Ll
!-I
\-:-..y
,,..............
I---
Afb. 3 - Gemeten er1 berekend verloop varl de fenolinder in het bekken Honderd en Dehg.
beschrijven. Voonvaarde hiemoor is natuurlijk wel, dat de bekkens kunnen worden beschouwd als ideale mengers. Voor d e Biesbosch bekkens is dat het geval [Soczb, 19801. Ook kan geconcludeerd worden, dat compartirnentering nauwelijks een bijdrage zou leveren in een efficientere verwijdering van de fenolen (kT < 1). Voor de beschrijving van de organische kwaliteit worden somparameters gebruikt. Van oudsher wordt hiemoor het KMn0,Afb. 4 - Effect van de opslag in bekken Honderd en Dertig op TOC en KMn04-verbruik.
- rlvcer --- Honderd en Dertlg
1 1L
rivier en Dertig
verbruik bepaald, terwijl sinds het begin van d e jaren '70 de bepaling van het Total Organic Carbon (TOC) in zwang is geraakt. Afb. 4 toont beide parameters voor het inlaatwater en het bekken Honderd en Dertig. Wat de TOC betreft, heeft het Maaswater in de loop der jaren door saneringsmaatregelen een aanzienlijke daling ondergaan. Was in de beginjaren van de Biesbosch bekkens nog we1 sprake van enige TOC-vennindering in de Honderd en Dertig; bij d e huidige niveaus is dat niet meer het geval. De daling van het KMn04-verbruik van het ~ a a s w a t eis r minder spectaculair. Kennelijk is de nog resterende TOC wat beter door KMn04 oxydeerbaar. In het bekken vindt een duidelijke daling van het KMn04-verbmik plaats met gemiddeld 3 mg/l. Hieruit is af te leiden, dat de nog resterende organische stoffen duidelijk zuurstofrijker zijn dan in de rivier. Het is onmogelijk aan te geven, welk aandeel microbiologische processen hebben in de waargenomen zuurstofvemjking (deeloxydatie) van de organische stoffen. 4. De oxydatie van ammonium D e biologische oxydatie van ammonium wordt nitrificatie genoemd en vindt plaats door nitrificerende bacterien. De nitrificatie vindt plaats in 2 stappen:
+
1. N H ~ 11/20, + NO;
+H20+2
~ '
Dit is d e oxydatie van ammonium tot nitriet door Nitrosomonas (nitrietbacterien).
2. NO;
+ 1120+ , NO;
Vemolgens wordt het nitriet tot nitraat geoxydeerd door bacterien van het geslacht
Nitrobacter (nitraatbacterien). De brutoreactie voor de nitrificatie is dus:
+
N H ~20,- + NO';
+ H,O + 2 -
~ +
Bij de oppe~laktewaterzuiveringwas het gebruikelijk het ammonium via breekpuntchloring te verwijderen. In het begin van de jaren '70 was geen alternatief beschikbaar, daar het winterniveau voor het ammoniumin het ruwe water (Rijn en Maas) vaak meer dan 5 mgll bedroeg, waardoor volledige biologische verwijderingbij watertemperaturen van < 4°C onmogelijk was. Sindsdien zijn de arnmoniumgehaltenvan Rijn en Maas amzienlijk gedaaldmet maximavan 1i?i 2 mg/l in de winter. Daar ook tijdens de verblijftijd in een spaarbekken een aanzienlijkevermindering van het ammoniumgehalteoptreedt, is het in principe mogelijk geworden de breekpuntchloring achterwege te laten. Dit houdt we1 in, dat het water dan zo weinig ammonium moet bevatten, dat dit zelfs bij lage watertemperatuur in de winter (1-4°C) biologisch kan worden verwijderd in de zuivering tot drinkwater. Voor de Biesbosch bekkens heeft dit geleid tot het vaststellen van een streefwaarde van maximaal 0 , mgll ~ ammonium in het door de Biesbosch geleverde water (in overeenstemrning met de strengste norm voor oppe~laktewater van de Internationale Arbeitsgemeinschaft der Wassenverke im Rheineinzugsgebiet (IAWR)). Toen eind 1979 het derde Biesbosch bekken De Gijster in gebruik werd genomen, werd overwogen, dat de voorraad in De Gijster die berekend is op het overbruggen van droge perioden in de zomer - in de winter benut kan worden voor het reguleren van de ammoniumgehalten in de bekkens. Met het oog hierop werd een selectief innamebeleid ontwikkeld, gebaseerd op een modelbeschrijving van het gedrag van ammonium in de bekkens [Sonb, 19801. De nitrificatie van ammonium tot nitraat kan worden beschreven met een Michaelis-Menten of Monod vergelijking [Sharma and Ahlert, 19771:
De volledige vergelijking voor een volledig gemengd bekken is dan naar analogie van vergelijking (3): dc- 1 c.--.q,-k.1 dt T I T
%
k+c,
(7)
Met behulpvan degegevensover 1977- 1979 van de bekkens Honderd en Dertig en Petrusplaat is het seizoensgebondenverloop van de k-waarde bepaald. Bij deze calibratie bleek tevens, dat voor de halfverzadigingsconstante k, een waarde van 0,25 mgll het beste voldeed. Vemolgens werden model-
TABEL IV -Ammonium&alten in rivier en spaarbekkens. Jaar Ammonium me11 Inlaat D, cijSter Honderd en Dertig Pet~splaat
1979 Gemiddeld Maximum 1,05
-
-
0,43 0,3 I
1,10 0,93
0.89 0,27 0.10 0,09
N H ~mg/t
-rtvler
\
De Gljster Honderd en Dertlg
2 --
1
--
/ a39 020 0 L8
52
L
\
.-.s .
'-\
/ /'
_.
--
-
-_
,-
- 7/I'
-
:
:
8
12
Gemiddeld Maximum
2.90
:
16
20
2L
+ 28
weeknummer
Afb. 5 - Modelberekening van hetammonrwnverloop in de Biesbosch bekkens bg continue mname.
berekeningen uitgevoerd. Een voorbeeld hiewan wordt gegeven in afb. 5. De uitgangspunten zijn in dit geval: - de helft van de voorraad in De Gijster is na een droge zomer verbruikt; - het geschematiseerde ammoniumverloop in de rivier behoort bij een koude winter; - er wordt continu rivierwater ingelaten. Uit het berekende verloop in de bekkens blijkt, dat onder deze omstandigheden de ammoniumconcentratiein de Petrusplaat het gewenste niveau van 0,2 mg/l langdurig overschrijdt. Hieruit volgt, dat alleen aan de norm van 0,2 mgll kan worden voldaan, wanneer de inlaat gesloten wordt, als het ammoniumgehalte van de rivier een zeker kritisch niveau overschrijdt. Het verloop van deze kritische concentratie gedurende de winterperiode wordt gevonden m.b.v. werkgrafieken, waarvan afb. 6 een voorbeeld geeft. Met dezelfde randvoonvaarden als in het voorbeeld hierboven, laat de berekening zien, dat bij een maximaal niveau van 0,2 mgll in de Petrusplaat, de gehalten in de Honderd en Dertig en De Gijster niet hoger mogen worden dan resp. 0,4 en 0,8 mgfl. Van week tot week kan dan de kritische ammoniumconcentratievan het rivierwater worden berekend, waarbij water innemen nog is toegestaan. In de afgelopen winters is dit selectieve imamebeleid voor ammonium met succes toegepast. Uit tabel IV is af te lezen, dat het ammoniumgehaltevan het afgeleverde water sinds 1979 niet hoger is geweest dan 0,19 mgll.
Gemiddeld Maximum
1,90 0.56 0.27 0,17
0,6 1 0.23 0,08 0.08
1,50 0.52 0.27 0.19
5. Nitraatredutie en denitrificatie In principe zou t.g.v. de nitrificatie in het spaarbekken een stijging van het nitraatgehalte verwacht mogen worden. In de praktijk blijkt echter gewoonlijk een meer of minder geprononceerde daling op te treden, die soms tot aanzienlijke stikstofverliezen uit het water kan leiden. De oorzaak moet worden gezocht in processen, waarbii ook in de chemische betekenis van het woord ~traatreductieoptreedt. Hierbij zijn twee verschillende routes te onderscheiden, volgens welke micro-organismen het nitraat voor hun stofwisselinggebmiken [O'Neill and Holding, 19751. In de eerste plaats kan het nitraat worden gebruikt in de assimilatorischenitraatreductie: -
+
.-.-
'
No'
-
reductie m4a s s d a t l e organisch gebonden N
Bij afwezigheid van ammonium (dat door veel micro-organismen wordt geprefereerd als stikstofbron) dient het nitraat als stikstofbron voor algen en bacterien. Het nitraat wordt na reductie tot ammonium in het celprotoplasma vastgelegd. In een latere fase kan dit weer als ammonium vrijkomen, bijv. bij afsterving van de organismen. De assimilatorische nitraatreductie verloopt onafhankelijk van de zuurstofconcentratie, Afb. 6 - Werkgrafek voor de bepaling van de krirische ammoniumconcentratie in het rivierwater.
-mox
toelamthore ~ ~ i c o n c e n t r a t l e
tn De GgsLer
..... tn Honderd
mox oplrederde NH'c-entrofae
..
----
\\--
en L?ertlgLenPetruaploot
7 C--L-
\---
maar wordt gewoonlijk onderdrukt bij afwezigheid van ammonium. Dit biedt energe?ische voordelen, daar dan de reductiestap achtenvege kan blijven. Het tweede proces is de dissimilatorische nitraatreductie, ook we1 nitraatrespiratie genoemd. Hierbij gebmiken bacterien nitraat i.p.v. zuurstof als elektronenacceptor voor de oxydatie van organische stof:
D e eindprodukten zijn meestal gasvormig (vnl. N,, maar ook we1 N,O) en ontwijken. Daarom wordt gewoonlijk van denitrificatie gesproken. Het is onwaarschijnlijk, dat denitrificatie in het vrije water optreedt, althans als het zuurstofgehalte meer dan I mgll bedraagt [Wheatland c.s., 19591. Aangenomen wordt daarom, dat het proces vooral plaatsvindt onder de zuurstofarme omstandigheden aan en in het sediment. Vooral in de eerste jaren van het Berenplaat spaarbekken traden grote stikstofverliezen op, zoals in tabel V wordt geillustreerd. O p grond van een beschouwing van de voor algengroei benodigde N komen Rook en Oskam [I9691 tot de conclusie, dat de denitrificatie tot N,voornamelijk verantwoordelijk was voor de waargenomen stikstofverliezen. Windle Taylor [I9601 kwam tot dezelfde conclusie bij de opslag van Thames water, waar de stikstofverliezen afhankelijk van het seizoen tot 2,5 mgll bedroegen. Dat indirect de intensiteit van algengroei en denitrificatie toch met elkaar in verband staan, wordt duidelijk uit het volgende citaat [Rook en Oskam, 19691: 'De snelheid van de denitrificatie is uiteraard afhankelijk van de temperatuur. De tweede factor, die eveneens een belangrijke rol kan spelen, is de rijkdom aan organisch materiaal van het bodemslib. Ten tijde van algengroei en vooral bij afsterving wordt het bodemslib verrijkt en het is dan ook te venvachten, dat na een massale planktongroei een versterkte denitrificatie op zal treden. Dit was waarschijnlijk de oorzaak dat in het Berenplaat spaarbekken na de sterke groei van augustus 1966 het grootste N-verlies werd gevonden. Eveneens wijst in deze richting, dat in de Londense spaarbekkens de denitrificatie maximaal was in de herfst (september t/m november). Hoewel de gemiddelde temperatuur van het bodemslib lager geweest zal zijn dan in de zomer, vond een sterke denitrificatie plaats ten behoeve van de afbraak van het tijdens de zomer gevormde organische materiaal.' Tabel VI geeft de stikstofverliezen, zoals die zijn gevonden in de drie Biesbosch bekkens. Het totale stikstofverlies is zeer laag te noemen, zeker als de totale verblijftijd van ca. 7 maanden in aanmerking wordt genomen. Het eerst doorstroomde bekken,
TABEL V - Stikstofierliezerr bij opslag gedrcrende 1 maarrd in her Bererrolaat Soaarbekketr 119671.
N mg/l spaarrivier bekken
Stikstofverlies %
Maartlapril Aprillmei Meiljuni JuniJjuli Julilaugustus Augustus/september Septemberloktober Oktoberlnovember Novemberldecember
TABEL VI - Stikstofierliezerr irr de Biesbosch bekke~rs.
Jaar 1980 1981
Rivier
De Gijster
4.4 4.1
3,9 3.7
Honderd en PetrusDertig plaat 3.8 3.5
Totale stikstof verlies %
3.7 3.4
16 17
De Gijster, zorgt voor ongeveer tweederde van het stikstofverlies, zodat de Honderd en Dertig en Petrusplaat elk voor slechts enkele procenten bijdragen. Dit is ook we1 te verklaren, omdat in De Gijster het grootste deel van het rivierslib bezinkt, dat deels organisch van karakter is (algen, detritus). Niet alleen wordt de bodem hier dus meer organisch verrijkt, maar het contact van het water met de bodem is ook beter door de aanwezigheid van een ca. 100 ha groot voorland aan de binnenzijde van de dijk, waar de waterschijf ondiep is. Al met al kunnen de geringe stikstofverliczcn in de drie Bicsbosch bckkens als bewijs aangevocrd worden v o o r dc stelling, dat in diepe bekkcns zowelde assimilatorischealsdissimilatorische activiteit van (micro-)organismen gering is t.0.v. die in een ondiep bekken.
6. D e v e r b e t e ~ gvan de hygienische kwaliteit Sinds het begin van deze eeuw is onderzoek verricht naar de bacteriologische effecten van de opslag van verontreinigd rivienvater in spaarbekkens. Reeds in 1909 kwam Houston, o p grond van experimenten met Thames water, waaraan Salmonellae waren toegevoegd, tot de conclusie, dat een opslagperiode van 30 dagen voldoende was, om een 'veilig' water te leveren, d.w.2. vrij van pathogene organismen. Volgens de
huidige inzichten, is het de vraag of deze conclusie gerechtvaardigd was. De afstervingsexperimenten met Salmonella werden uitgevoerd als 'batch' proeven, waarvan d e resultaten in het gkheel niet toepasbaar zijn op de doorstroomsituatie van (gemengde) bekkens. In Nederland publiceerden Leeflang en Edelman in 1943 hun onderzoek over 'de bacteriologische werking van doorstromingsbassins'. Zij kwamen tot de conclusie, dat de afsterving van faecale coli-bacterien (Escherichia coli) een le orde proces is en vonden voor de snelheidsconstante een waarde van 0,3 dag-l, min of meer onafhankelijk van de temperatuur. Dit houdt in, dat de coli-afsterving als een 'snel' proces beschouwd kan worden met een grote gevoeligheid voor compartimentering (zie tabellen I1 en 111). Huisman en Martijn [I9681 hebben deze waarde van 0,3 dag-' ook gebruikt, om de effecten van compartimentering op de kwaliteitsverbetering in spaarbekkens te demonstreren. D e verhoudingsgewijs korte verblijftijd in het Berenplaat spaarbekken resulteerde in een zeer grote reductie in de Most Probable Number (MPN) van E. coli. In 1967 nam de gemiddelde MPN/ml af van 19 in de Oude Maas tot 0,2 op het eind van het bekken. Berekening van c,, m.b.v. formule ( 5 ) met T = totale effectieve verblijftijd = 2 1 dagen, k = 0,3 dag-' en n = 7 levert een uitkomst van 0,2 1. Deze treffende overeenkomst rnoet we1 enigszins toevallig zijn, daar aan de voorwaarde van een 'steady state' niet werd voldaan, gezien de sterk wisselende MPNvan het rivienvater. Wel mag worden aangenomen, dat zonder compartimentering een "eel hogere MPN van het bekkenwater zou zijn gevonden. Formule (4) voor een volledig gemengd bekken met T = 2 1 dagen levert een G-waarde van 2,6 op, hetgeen meer dan tienmaal hoger is dan de werkelijk gemeten waarde van 0,2. Sinds de ontdekkingvan Rook [ 19741, dat de chloring van water ongewenste neveneffecten met zich meebrengt, wordt het gebruik van chloor zoveel mogelijk beperkt. Zoals reeds eerder is opgemerkt, is bij de zuivering van rivierwater tot drinkwater voor de hygienische parameters een venvijdering van vaak meer dan 5 log eenheden noodzakelijk. Uit tabel I11 blijkt, dat bij langere verblijf-
TABEL VII -Janrpniddelde bacteriologische kwaliteit t1o1rde Biesbosch bekkerrs. Bacterien oer ml
Rivier
22°C Koloniegetal Koloniegetal 37 "C Coligroep 37°C Faecale coli 44 "C Faecale streptococcen Clostridia sporen Actinomyceten
8.000 1.200 21 5.2 1.3 5.3 30
De Giister
Honderd en Dertie
Petrusolaat
tijden en verdergaande compartimentering theoretisch een verwijderingsrendementvan deze grootte-orde mogelijk is, althans voor snelle processen, zoals de afsterving van coli of pathogene bacterien. De vraag dringt zich op, of bekkens door inrichting (compartimentering) of bedrijfsvoering (alternerend gebruik van standbekkens) niet zodanig gebruikt kunnen worden, dat zonder chemische desinfectie aan de bacteriologische normen voor drinkwater kan worden voldaan. De ervaring met de Biesbosch bekkens heeft geleerd, dat dit niet erg waarschijnlijk is. In tabel VII zijn de jaargemiddelde uitkomsten van het bacteriologischonderzoek over 1980 samengevat. Hieruit blijkt, dat voor de meeste parameters het bekken De Gijster de grootste reductie oplevert, niet alleen absoluut, maar ook relatief. Voor de coligroep als geheel(37"C), clostridia sporen en actinomyceten wordt ook in Honderd en Dertig en Petrusplaat nog een aanzienlijkeverbetering geregistreerd. Dit is veel minder het geval voor de faecale bacterien: thermotolerante coli en streptococcen. De oorzaak hiewan ligt in herbesmetting van het water door de grote aantallen vogels, die via hun faeces faecale coli en streptococcen in het water brengen. Het zal duidelijk zijn, dat een verdere compartimentering in de Biesbosch bekkens niet of nauwelijks lagere gehalten aan faecale coli en streptococcen tot gevolg zal hebben en dat bekkenwater in het algemeen niet aan de drinkwaternormen voor deze indicatorbacterien kan voldoen. Dat neemt niet weg, dat we1 een verdergaande verwijdering op kan treden voor humaan-pathogene microorganismen, die niet via herinfectie worden ge'introduceerd. Dit is naast pathogene bacterien, ook het geval met enterovimssen. Slade [I9771heeft gevonden, dat de opslag van Thameswater in de Londense spaarbekkens een opvallende reductie te zien gaf van polio- en andere enterovimssen bij watertemperaturen van 5 - 7 "Cen een opslagperiode van 2 tot I0 weken. Hogere temperaturen gaven een veel snellere afsterving, zodat in de zomermaanden in het geheel geen vimssen in reservoirwater konden worden aangetoond. In 198 1/82 heeft het KIWA een oribterend onderzoek uitgevoerd in de Biesbosch bekkens. Ook hierin werd gevonden, dater sprake was van een grote vermindering van de vi~sconcentratiesin de achtereenvolgende bekkens (Van Olphen, persoonlijke mededeling). De resultaten van dit onderzoek waren aanleiding de Biesbosch bekkens op te nemen in het VEWINIKIWA onderzoeksproject 'Virusverwijdering bij de drinkwaterbereiding'. In het kader hiewan zullen een jaar lang elke 14 dagen 500 1 monsters op de aanwezigheid van entero-
virussen worden onderzocht. De resultaten van dit onderzoek zullen eind 1983 beschikbaar komen. Literatuur Oskam, G. ( 1980). 'Berging van Oppervlaktewater in Open Bekkens'. q O , 13, 189. Huisman, L. en Martijn, Th. G. (1968). 'Kwaliteitsverbetering in Doorstroombekkens'. &0,1,64. Rook, J. J. en Oskam, G. (1969). 'Biologisch-Cltemische Ervaringen met Opslag van Rijn~vaterin het Berenplaat Reservoir'.H,O, 2, 269. Oskam, G. en Rook, J. J. (1970). 'Nogmaals:Reuken Smaak van Rivienvater i.v.m. Voorraadvorming'.H,O, 3, 216. Vlugt, J. C. van der C.S. (1973). 'Plankton en Reukstoffen in her Spaarbekken De Grote Rug in 1971'. H,O, 6,439. Socz6, E. R. ( 1980). 'Selectieve Inname van Water in de Biesbosch bekkens op Grond van het Ammoniumgehalte'. H,O, 13, 645. Sharma, B. and Ahlert, R. C. ( 1977). 'Nitrifiation and Nitrogen Removal'. Water Research, 11, 897. O'Neill, J. G. and Holding, A. J. ( 1975). 'The Importance of Niirate-Reducing Bacteria in Lakes and Reservoirs'. In: WRC Symposium 'The Effects of Storageon Water Quality', 9 1. Wheatland, A. B. C.S. ( 1959). 'Some Observations on Defzitrificationin Rivers And Estuaries'. Jour. Inst. Sew. Purif., Part 2, 149. Windle Taylor, E. (1960). 'Thirty-eightReport on the Results of the Bacteriological, Chemical en Biological Examination of the London Watersfor the Years 19571958, Metropolitan Water Board, 51. Houston, A. C. (1909). Research Report Metropolitan Water Board. Leeflang, K. W. H. en Edelman, J. H. (1943). 'De Bacteriologische Werking van Doorstromingsbassins'. Water, 27, 77. Rook, J. J. (1974). 'FormationofHaloforms during Chlorination of Nahrral Waters'. Water Treatm. and Exam., 23,234. Slade, J. S. (1977). 'Enterovirusesin Partially Purijied Water'. Jour. Inst. Water Engrs. Scientists,31, 2 19.
Interacties materialen/miwo-organismen
Ridgway,H. F. and Olson,B. H. (198 1). Scanningelectron microscope evidencefor bacterial colonization of a drinking-water distributionsystem. Appl. Environ. Microbiol. 4 1: 274-287. Ridgway, H. F., Means, E. G. and Olson, B. H. (198 I). Iron bacteria in drinking-waterdistribution system: elemenfalanalysis of GallioneNosralks,ming X-ray energydispersive microanalysis. Appl. Environ. Microbiol. 4 1: 288 - 297. Rook, J. J. (1955). Microbiologicaldeterioration of vulcanized rubber. Appl. Microb. 3: 302 -309. Schoenen, D. und Dott, W. (1977). Uberdiemikrobielle Besiedlung von Dehnungsfugen eines Trinkwasserspeichers. Zbl. Bakt. Hyg., I. Abt. Org. B 165: 464-470. Schoenen, D., Thofem, E. undDott, W. (1978a). Anstrich- und Auskleidungsmaterialienim Trinkwarserbereich. Gesundheits-Ingenieur99: 122- 128. Schoenen, D., Dott, W. undThofern, E. (1978b). Mikrobielle Besiedlung von Aurkleidungsmaterialien und Baustoffen im Trinkwasserbereich. 2. Mitteilung: Experimentelle Untersuchungenvom Bitumen anstrichen , Hyg., I. Abt. Org. B unter Praxisbedingungen. ~ b iBakt. 167: 314-322. Schoenen, D. undDott, W. ( 1978).Mikrobieller Bewuchs auf Bitumen und Chlorkautschuk unter Laboratoriumbedingungen. Zbl. Bakt. Hyg., I. Abt. Org. B 167: . 323 -325. Schoenen, D., Dott, W. undThofem, E. (1979). Mikro-
bielle Besiedlung von Auskleidungsmaterialienund Baustoffen im Trinkwasserbereich. 3. Mitteilung: f h e r Makrokolonien auf den Fleisenfugen eines Reinwasserbehalters. Zbl. bakt. Hyg.. I. Abt. Org. B 168: 349-355. Schoenen, D. und Thofern, E. ( 1981). Mikrobielle Besiedlung von Aurkleidungsmaterialienund Barfitoffen im Trinkwasserbereich.6. Mitteilung: Experimentelle Untersuchung von Chlorkautschukanstrichen unter Praxis- und Laboratoriumbedingungen. Zbl. Bakt. Hyg., I.. Abt. 0rig.B 173: 197-203. Schoenen, D., Don, W. und Thofern, E. ( 1981). MikrobieIle Besiedlung von A~fikleidungsmaterialienund Baustoffenim Trinkwasserbereich.7.Mitteilung: Langzeitbeobachtungen in zwei Reinwasserbehdtern mit Epoxidharzauskleidung.Zbl. Bakt. Hyg., I. Abt. Orig. B 173: 346-355. Schoenen, D. undHotter, M. ( 1981). Mikrobielle Besiedlung von Arrskleidungsmaterialien und Batcrloffen im Trinkwasserbereich.8. Mitteilung: Experimentelle Untersuchung von Epoxidhananstrichen unter Laboratoriumbedingungen. Zbl. Bakt. Hyg., I. Abt. Org. B 173: 356-364. Seidler, R. J., Morrow, K. E. and Bagley, S. T. (1977). Klebsielleaein drinking water emanatingfrom redwood tanks. Appl. Environ. Microbiol. 33: 893 -900. Smith, R. L. and Klug, M. J. (198 1). Reduction of sulfur compounds in the sediments of an eutrophic lake bassin. Appl. Environ. Microbiol. 4: 1230- 1237. Speh, K., Thofern, E. undBotzenhart, K. (1976). Untersuchungen zur Verkeimung von Trinkwasser. 4. Mitteilung: Das Verhalten bakterieller Flachenbesiedlungen in einem Trinkwasserspeicher bei Dauerchlorung. GWF Wasser Abwasser 117: 259-263. Stout, J., Yu, V. L., Vickers, R.M.,Zwravleff, J.,Best,M., Brown, A., Yee, R. B. and Wadowsky, R. (1982). Ubiquitousness of Legionellapneumophila in the water supply of a hospital with endemic Legionnaires' disease. New Engl. J. Med. 306: 466-468. Thofern, E., Schoenen, D. und Schoenen, R. (1978). Mikrobielle Besiedlung von Auskleidungsmaterialie~tund Baustoffen im Trinkwasserbereich. Mitteilung: Langzeitbeobaehtungen einesBitumen Anstrichs in einem Reinwasserbehalter. Zbl. Bakt. Hyg., I. Abt. Orig. B 167: 306-313. Tobin, J. 0. H.,Bartlett, C.L. R, Waitkins,S. A.,Barrow, G. I., Macrae, A. D., Taylor, A. G., Fallon, R. J. and Lynch, F. R. N. (198 1). Legionnaires disease:further evidence to implicatewaterstorageanddistributionsystem assources. BritishMed. Journal. 282: 573. Stumrn, W. andMorgan, J. J. (1970). Aquatic chemistry. Wiley. Interscience,NewYork, London, Sydney,Toronto. Tuovinen, 0. H.,Button, K. S.,Vuorinen, A.,Carlson,L., Mair, D. M. andYut, L. A. (1980). Bacterial, chemicaland mineralogical characteristicsof tuberclesin distribution pipelines. J. Am. Wat. Works Ass. 72: 626-635. VEWm ( 1978). Waterleidingsfafistiekdeel I. Rijswijk
(W). Windle Taylor, E. ( 1973).Materialsin contact withpotable water. Metropolitan Water Board. Report 45: 132- 143. Wadowsky, R.M.,Yee,R.B.,Mezmar, L., Wing,E. J. and Dowling, J. N. ( 1982). Hot watersystems as sources of Legionella pneumophila in hospital and nonhmpital plumbingfihrres. Appl. Environ. Microbiol. 43: 1104- 1110. Wolzogen Kiihr, C. A. H. von en Vlugt, L. S. van der ( 1951). Aerobe en anaerobe ijzercorrosie in waterleidingbuizen. Water, 24: 3 - 11. Yee, R. B. and Wadowsky, R. M. (1982). Multiplicationof Legionella pneumophila in unsterilized tap water. Appl. Environ. Microbiol. 43: 1330- 1334. Zevenhuizen, L. P. T. M., DoIlfing, J., Eshuis, E. J. and Seholten-Koerselman,I. J. ( 1979). Inhibitory effecn of copper on bacteria related to thefree iron concentration. Microbiol. Ecol. 5, 139- 146. Zoeteman, B. C. J. and Haring, B. J. A. (1978). Introduction of chemicalcompounds into drinking water during distribution. RID mededeling78-6. Zwaagstra, J. (1982). Voorkomen en betekenis van dierlijke organismen.H,O, 15: 568 - 573.
Verwijdering van organische stoffen door micro-organismen bij filtratieprocessen
1. Inleiding Ruim honderdvijftig jaar geleden werd langzame zandfiltratie voor het eerst op grote schaal toegepast bij de bereiding van drinkwater uit oppervlaktewater. Lange tijd was deze vorm van waterbehandeling de belangrijkste methode voor het bereiden van drinkwater dat in esthetisch en hygienisch opzicht aan de gestelde eisen voldeed. De betekenis van langzame zandfiltratie voor de bereiding van in hygienisch opzicht betrouwbaar drinkwater bleek overigens pas duidelijk nadat ongeveer 100jaar geleden door Robert
W.A. M. HIJNEN KIWA NV
Koch de voedingsbodem met gelatine was ontwikkeld waarmee het aantal bacterien in water kon worden bepaald. Koch toonde met behulp van de ontwikkelde werkwijze aan dat langzame zandfiltratie van rivierwater een sterke reductie van de aantallen in het water aanwezige bacterien veroorzaakte. In het begin van deze eeuw werden, onder meer in Nederland [Pennink, 19081, theorieen opgesteld over de wijze waarop biologische processen bijdragen aan de bij langzame zandfiltratie optredende waterkwaliteitsverbeteringen. Tevens werden nieuwe vormen van filtratieprocessen ontwikkeld waarbij a1 dan niet bewust de activiteiten van micro-organismen werden benut. Processen waarbij micro-organismen een rol spelen zijn met name: transport van water door de bodem (inclusief duininfiltratie en oeverinfiltratie), droogfiltratie, snelfiltratie (inclusief dubbellaagfiltratie), langzame zandfiltratie en filtratie door granulaire actieve kool. Filtratie door actieve kool is uiteraard van meer recente datum. Als gevolg van deze ontwikkeling is de betekenis van filtratieprocessen en de daarin optredende biologische activiteit reeds herhaaldelijk aan de orde geweest bij vakantiecursussen in drinkwatervoorziening. Dat biologische processen en de bestudering ervan nog steeds belangrijk zijn, heeft de volgende oorzaken: - Als gevolg van de sterke verontreiniging van het oppervlaktewater werden fysischchemische processen zoals coagulatie, chloring, ozonisatie en adsorpge (filtratie door actieve kool) belangrijk bij de bereiding
van drinkwater. Deze fysisch-chemische processen en de biologische processen bij filtratie kunnen elkaar sterk be.hvloeden. - In de loop der tijd zijn steeds strengere eisen voor de kwaliteit van het drinkwater geformuleerd. Dit brengt met zich mee dat moet worden bezien in hoeverre biologische processen, die optreden bij filtratie, kunnen bijdragen in het bereiken van de gestelde eisen. Tenslotte kan worden gesteld dat ondanks alle aandacht die tot nu toe aan biologische processen is geschonken, nog steeds geen kwantitatief inzicht bestaat in de factoren, die de biologische processen be'invloeden.Nader onderzoek is nodig om aan te geven onder welke omstandigheden (plaats in de zuivering) en o p welke wijze (procesfactoren) met biologische processen in filters optimale effecten kunnen worden bereikt. Dit onderzoek zou zich tevens moeten richten op de wijze waarop nadelige aspecten van de biologische processen, onder meer aanwezigheid van hoge aantallen bacterien en organismen in het gefiltreerde water, kunnen worden geminimaliseerd. Met betrekking tot de functie van de biologische processen kan onderscheid worden gemaakt in: 1. d e verwijdering van afbreekbare organische verbindingen; 2. de verwijdering van afbreekbare anorganische verbindingen en 3. d e verwijdering van bacterien. In deze bijdrage zal aandacht worden besteed aan de verwijdering van opgeloste afbreekbare organische verbindingen door microbiologische activiteit in filters. De invloed van filtratieprocessen op de verwijdering van micro-organismen is in deze vakantiecursus door Kool en Van Kranen [1983] aan de orde gesteld.
2. Vemijdering van afbreekbare organische verbindingen Verwijdering van afbreekbare organische verbindingen uit hetwater is noodzakelijk ter voorkoming van het optreden van nagroei en de daarmee gepaard gaande kwaliteitsveranderingen van het water bij distributie. Daarnaast kunnen door micro-organismen ook organische stoffen worden verwijderd, waarvan d e aanwezigheid in drinkwater om esthetische redenen (smaakbede~end)of hygienische redenen (toxische verbindingen) ongewenst is. Met name wat betreft deze aspecten moeten de activiteiten van microorganismen bij filtratieprocessen niet worden onderschat daarveel fenolen [Windle Taylor, 197 1- 19731, pesticiden [Crips, 197 l;Wright, 197 11 en talloze andere verbindingen van industriele herkomst (ook verbindingen zoals weekmakers die bij de kunststofindustrie worden toegepast), in meer of mindere mate afbreekbaar zijn. Ook een aantal mutagene
verbindingen, die vooral door de introductie van de Amestest in de belangstelling staan, kunnen door micro-organismen worden afgebroken. Dit geldt bijvoorbeeld voor enkele polycyclische aromaten [Herbes and Schwall, 1977; 1978; Herbes, 198 11en dichloormethaan [Brunner et al, 19801. Door Zullei [I9771 is een overzicht gemaakt van d e mate waarin allerlei organische verbindingen worden verwijderd bij langzame zandfiltratie, oeverinfiltratie en duininfiltratie (bodempassage). Voor een aantal verbindingen spelen bij deze verwijdering tevens adsorptieprocessen een rol. Bepaling van, c.q. verzamelen van gegevens over, de afbreekbaarheid van relevante organische verbindingen kan leiden tot een betere beoordeling van de betekenis van biologische afbraakprocessen. Verbindingen die niet of slechts zeer ten dele door micro-organismen kunnen worden afgebroken moeten uiteraard door fysischchemische zuiveringsprocessen, zoals coagulatie, ozonisatie of adsorptie, worden verwijderd. Van belang is dat deze processen o p de juiste plaats in het zuiveringsproces worden toegepast. Bij biologische processen in filters nemen micro-organismen, die zich hebben vastgehecht o p het filtermateriaal, een centrale plaats in. Deze micro-organismen nemen de afbreekbare verbindingen uit het water op. Bij deze processen kan onderscheid worden gemaakt in achtereenvolgens: 1. aanvoer van de afbreekbare verbindingen met water naar het filter; 2. transport van de afbreekbare verbindingen vanuit het water in de porien naar de bacterien op het filtermateriaal en 3. de opname van de afbreekbare verbindingen door de bacterien. Daar de opname van de afbreekbare verbindingen door de bacterien een centrale plaats inneemt, zullen genoemde onderwerpen in omgekeerde volgorde worden behandeld. 3. Opname van afbreekbare verbindingen door bacterien Heterotrofe micro-organismen hebben voor hun groei afbreekbare organische verbindingen nodig als energiebron (vorming van CO,; dissimilatie) en als koolstofbron (vorming van celrnateriaal, assimilatie). Door Monod is vastgesteld dat tussen de concentratie (S) van een afbreekbare verbinding en de groeisnelheid (V) van het op deze verbinding aangewezen micro-organisme de volgende relatie bestaat: waarin:
V en V,=
groeisnelheid, respectievelijk maximale groeisnelheid (in delingen per uur)
1
proeisnelheid
* I-IIG)
substraatconcentratie (s)
11s
Afb. I - ( A ) De invloed van de substraatconcentraties(S) o p degroeisnelheid ( V ) van hvee verschillendetypen microorganismen; (B), gelineariseerde weergave ('LineweaverBurk' plots) van de in A afgebeelderelaties tussen Ven S (G = Generatietijd; Gmin = minimale generatietijd; Ks = srcbstraat-verzadigingsconstante).
en K, = substraatconcentratie waarbij geldt
v = Y2 v,,.
K, wordt de verzadigingsconstante genoemd. Het verloop van vergelijking ( I ) is weergegeven in afb. la. Vergelijking ( I ) kan door het vervangen van V door 1/G (en van V, door l / G ~ , )worden omgezet in: G = Gmin+ Gmin.K,/S
(2)
waarin: G en Gminzijn generatietijd (verdubbelingstijd), resp. minimale generatietijd (in uren) van het betreffende organisme. Gminen K, zijn voor een bepaalde combinatie van organisme en substraat bij een bepaalde ternperatuur kenmerkende constanten. Vergelijking (2) duidt op een lineaire relatie (afb. lb) tussen G en 11s. Deze relatie kan met behulp van eenvoudige ladingsgewijze experimenten voor een bepaalde combinatie van organisme en substraat worden vastgesteld. Dit zal aan de hand van het hierna volgende voorbeeld worden aangetoond. O m na te gaan in hoeverre ook een hoogmoleculaire verbinding als zetrneel nog bij zeer lage concentraties kan worden benut, werd aan monsters (600 ml) van het filtraat van d e langzame zandfilters van de Duinwaterleiding van 's-Gravenhage zetmeel toegevoegd in concentraties van 10 en 20 p g zetmeel-C per liter. Zoals uit afb. 2 blijkt, leidden deze toevoegingen tot een
snellere en sterkere groei dan in de blanco. De bacterieflora die zich in aanwezigheid van zetmeel ontwikkelde, bleek, in tegenstelling tot die in de blanco, geheel te bestaan uit bacterien die CCn type geel-gepigrnenteerde kolonies vormden op de bouillonagar. Na isolatie van een aantal bacterien werd vastgesteld dat in het water waaraan zetmeel was toegevoegd, zich nagenoeg een reincultuur had ontwikkeld van een bacterietype behorende tot het geslacht Flavobacterium. Bacterien van dit geslacht komen algemeen voor in drinkwater [Miiller, 1972; Reasoner and Geldreich, 19791, oppervlaktewater en grondwater [Wolters and Schwartz, 19561. Met het verkregen organisme, Flavobacterium stam 166, werden groeiproeven uitgevoerd bij verschillende lage zetmeelconcentraties. Zelfs 1 p g zetmeel-C per liter leidde tot een duidelijke stimulatie van de groei. Tussen de hoeveelheid toegevoegde in zetmeel en de groeimaxima (N,, kolonievormende eenheden, CFU, per ml) bleek een lineaire relatie te bestaan (afb. 3). Met behulp van de verkregen gegevens werd vervolgens de opbrengst (Y) van stam 166 = 2 x lo7 CFU/ berekend, namelijk: YZetmeeI p g zetmeel-C. Groeiproeven werden ook uitgevoerd bij verschillende glucoseconcentraties (afb. 3) e n vastgesteld werd dat Yglucose= 1,6 x lo7 C N / p g glucose-C. Na berekening van de generatietijden bij de verschillende zetmeel- en glucoseconcentraties werd vastgesteld dat de relatie tussen G en 1/S in bepaalde situaties lineair is. Deze relaties kunnen worden weergegeven door de volgende vergelijkingen:
lage concentraties de opname zo traag verloopt dat de organismen zich niet meer kunnen handhaven. D e concentratie die nodig is voor de bacterien om een zodanige opname te realiseren dat ze zich kunnen handhaven (Smin),kan worden berekend als d e zogenaamde substraatbehoefte voor de , endogene ademhaling bekend is. Hierbij wordt eenvoudigheidshalve de invloed van in filters optredende processen zoals uitspoeling e n consumptie van micro-organismen door hogere organismen verwaarloosd. Bij eerdere experimenten [Van der Kooij et al, 19801 bleek dat de endogene substraatbehoefte van een Aeromonas hydrophila stam bij 15 "Cleidt tot een afstervingmet een halfwaarde tijd (&) van circa 4 dagen. Er is dus evenwicht tussen afsterving en vermeerdering als de generatietijd (G) eveneens 4 dagen bedraagt. Aannemende dat ook de eerder beschreven Flavobacterium stam een ,
Afb. 2 - Groeicuwes van de in het filfraat van langzame zandfiltrs aanwezige bacterien bij incubatie van monsters van 600 ml water bij 15 "C na toevoeging van I0 ( 0 ) en 20 ( 0 ) pg zetmeel C per liter; (*)blanco's.
I
zetmeel: G = 3,7 + 14,5/S glucose: G = 4,7
+ 15,5/S
04 0
(4)
Uit deze vergelijkingen blijkt dat K, (glucose) = 3.3 p g C/1 en K, (zetmeel) = 3.9 pg CI1. Bij zeer lage substraatconcentraties ( 5 p g C/I) werden kortere generatietijden (snellere groei) waargenomen dan op grond van de genoemde vergelijkingen kon worden berekend. Dit was het gevolg van het feit dat Flavobacterium stam 166 van nature in het water aanwezige verbindingen benutte voor d e groei. Hierop wordt elders uitvoeriger ingegaan [Van der Kooij en Hijnen, 198 11. Uit bovenomschreven experimenten blijkt dat zelfs hoog-moleculaire verbindingen nog bij zeer lage concentraties kunnen worden benut door micro-organismen. Het is daarom aannemelijk dat ook bij filtratieprocessen afbreekbare verbindingen bij lage concentraties worden opgenomen. Bij lage substraatconcentraties is een lange contacttijd gewenst omdat de opnamesnelheid gering is. Toch kan de substraatconcentratie niet willekeurig laag worden door het verlengen van he contacttijd, omdat bij zeer
I
log koloniegetal/rnl
. . . . . . . 2
4
6
8
1
. 0.
,
1
. .2 .
dagen
Afb. 3 - De maximale koloniegetallen van Flavobacterium stam 166 in drinkwater in relatie tot de hoeveelheid toegevoegd zehneel(o) respectievelijk glucose (0). 4
maximum koloniegetal (10 c f u. irnl )
I
toegevoegd substraat [ ~ Cg/ I )
/
I
te heeft van 4 dagen, dan kan de minimale substraatconcentratie (&) van zetmeel en van glucose worden berekend met behulp van de vergelijkingen 2,3 en 4, namelijk: als S =Smin,dan geldt :
waaruit volgt:
snun. = Gmin . Ks te-G-
Daar G ~ Q, te geeft dit:
Met behulp van vergelijking (5) kan voor Flavobacterium stam 166worden berekend dat Smin= 0,15pgzetmeelC/lrespectievelijk 0,16 pg glucose C/1. In praktijk kunnen lagere waarden worden bereikt als microorganismen aanwezig zijn met een lagere waarde voor G- x K, enlof een hogere voor te. Tevens kan bij aanwezigheid van meerdere door het organisme te benutten verbindingen een lagere concentratie per individuele verbindingen worden bereikt. Een voorwaarde voor het bereiken van zeer lage concentratiesvanbepaaldeverbindingen als gevolg van biologische afbraakprocessen, is dat devoor dezeafbraakverantwoordelijke micro-organismen zelfs bij zeer geringe concentraties de voor de opname en afbraak van de betreffende verbindingen benodigde enzymen vormen. Indien dergelijke enzymen niet steeds door micro-organismen worden gevormd (niet-constitutieve enzymen) dan zijn de minimaal te bereiken concentraties wellicht minder laag dan wanneer de noodzakelijke enzymen steeds aanwezigzijn (constistutieve enzymen).
4. De rol van daEusie bi de aanvoer van substraat naar de micro-organismen Bacterien in filters hechten zich aan het filtermateriaal vast en nemen de voedingsstoffen op uit het passerende water. De mate waarin deze voedingsstoffen met de bacterien in aamaking komen is mede afhankelijk van het stromingsbeeldvan het water in het filterbed. Onderscheid kan worden gemaakt in een laminair en in een turbulent stromingsbeeld. Bij laminaire stroming is de aanvoer van de afbreekbare verbindingen vanuit het water in de porien naar de micro-organismen op het filtermateriaal afhankelijk van de d i i s i e ; bij turbulente stroming wordt de aanvoer bepaald door convectiestromingenin de richting van het oppemlak. Het stromingsbeeld is afhankelijkvan het diiensieloze Reynolds getal (Re) dat voor filtratie-
processen is gedefinieerd als:
Re
=
2
PVo.dp
-'
3
(l-&)rl
In deze formule is P = soorteliike massa van het water; 7 = dynamische viscositeit; dp = diameter van de korrels in het filterbed; E = porositeit; V, = stroomsnelheid (leeg bed) en v (= q l p ) = kinematischeviscositeitvan het water. Voor zandfiltersmet een porositeit van 40 % ( E = 0,4) kan vergelijking (6) worden vereenvoudigd tot:
Het stromingsbeeldin filters is nu geheel laminair indien Re < 1;indien Re > 100dan is het stromingsbeeld overheersend turbulent. Voor langzame zandfilters ( E = 0,4; Vo = 20 cmlh; dp = 0,l cm en u = O,OlcmZ/ sec.) geldt Re = 0,055. (Indien $ = 0,05 cm, dan Re = 0,027). Voor snelfilters (Vo = 10 m/h; dp = 0,l cm) geldt: Re = 27, waarbijhet laminaire stromingsbeeld in veel mindere mate overheerst dan in de langzame zandfilters. Uit deze getallen kan evenwelworden geconcludeerd dat in langzame zandfilters het transport van substraat vanuit het water in de porien tussen de korrels naar de bacterien op het oppervlak van de korrels in sterke mate wordt bepaald door diffisie. Mogelijk is dit bij snelfilters plaatselijk niet het geval, met name waar deeltjes afwijken van de bolvorm. Als gevolg van de substraatopname door de micro-organismen op de korrels geldt nu bij filtratie dat de concentratie aan het korreloppewlak (S,) kleiner is dan de concentratie in het water in depone (S). De substraatopnamesnelheid, c.q. groeisnelheidvan de bacterien wordt bepaald door %. De bacterien op het oppervlak vermeerderen zich nu totdat S, = S'Nn,. . de minimale substraatconcentratie. Bq constante substraataanvoer stelt zich een stationaire toestand in, waarbij de hoeveelheid door diffusie aangevoerd substraat gelijk is aan de plaatsvindende consumptie. De substraatopname bij S- door de bacterien kan met behulp van de eerder vermelde gegevensover de groei van Flavobacterium stam 166 met glucose (waarvan de diffusiecoefficient bekend is) als voorbeeld worden berekend. = 1,6 x 107CFUIp Vastgesteld is dat Yglucose glucose-C. Dit wordt gemakshalve afgerond op 2 x lo7CFU/pg glucose-C. Voor de vormingvan 1cel is dus 5 x 10-8pgglucose-C nodig. Daar geldt dat circa 50% van het substraat wordt verademd en circa 50% wordt gebruikt voor de vorming van nieuw celmateriaal en het koolstofpercentage van het celmateriaal circa 50% bedraagt
betekent dit dat 1 cel circa 5 x pg celrnateriaal (droge-stof) bevat. Dit droog gewicht is circa 20% van het totale gewicht, dat dus 2,5 x lo-' &cel bedraagt. Aannemend dat het soortelijk gewicht van bacteriernateriaal nagenoeg gelijk is aan dat van water dan betekent dit dat het volume van de cel0.25 pm3 bedraagt. Bij een bolvormigecel (vereenvoudigdevoorstelling) geeft dit een straal (r) van 0,39 pm en een . buitenoppemlak van de cel van 1,9 f l . Indien S, = Smh = 0,16 pg glucose-C/l, en G = te = 96 h, dan wordt 5 x 10-8pgglucose-C opgenomen door 1,9 pm2 in 96 uren. Door de wand van het organisme wordt dus per tijdseenheid en oppe~lakte-eenheideen hoeveelheid glucose getransporteerd (sB) die gelijk is aan: 0~ = 0 , 0 2 7 ~ 10-8pgC/m2.h= 7,s X 10-6pg C/cmZ.sec. Voor de aanvoer van substraat door diffusie vanuit het water in de pone naar de bacterien op het filtermateriaalgeldt de wet van Fick, namelijk:
. dC 1 waann: -.- = dt 0 de hoeveelheidsubstraatkoolstofdie in tijd dt door oppervlak 0 door diffusie wordt aangevoerd. Dit transport zal worden aangeduid als 0 ~D.is de diffusieconstante (voor glucose geldt D = 6,73 x 10-6 cmz/sec.); dS/dx is het concentratieverval (dS) over de afstand dx. De diffusie beperkt de opname niet zolang . het berekende voorgeldt 8~> 0 ~Voor pg beeld betekent dit dat %> 7,5 x C/cmz.sec., met andere woorden:
Uit vergelijking (9) kan worden afgeleid dat geen vermeerderingvan de bacterien Flavobacterium stam 166 op het filtermateriaal kan optreden ('steady state') indien de concentratie op 10 pm afstand van de bacterien op de korrels lager of gelijk is aan 0,16 (Smin) 1,l = 1,3 pg C/1. Meer in het algemeen kan worden gesteld dat voor de substraatconcentratie in water (S) geldt:
+
waarin AS is de hoeveelheid substraat die door biologische processen uit het water kan worden verwijderd mits de contacttijd voldoende lang is. Smi,is reeds eerder beschreven. Uit bovenstaande sterk vereenvoudigde benadering komt naar voren dat Smin voornamelijk bepaald wordt door de eigenschappen (G,,,in, Ks en te) van de aanwezige
micro-organismen ten opzichte van de betreffende verbinding(en ). De mate waarin S tot Sminnadert door venvijdering van AS uit het water is onder meer afhankelijk van factoren zoals het stromingsbeeld in het filter e n de contacttijd. Duidelijk is dat tevens de korreldiameter een grote rol speelt daar de door diffusie in de porien af te leggen afstand recht evenredig ismet deze diameter. Filtratie door een filterbed met relatief kleine korrels is dus gunstig voor het bereiken van een lage substraatconcentratie. Het Re-getal is dan weliswaar lager, maar gezien het met name in langzame zandfilters sterk overheersende laminaire stromingsbeeld heeft dit wellicht nauwelijks enig nadelig effect. Uiteraard geven bovenstaande beschouwingen een verre van volledig beeld van transportverschijnselen in filters. 5. Aanvoer van afbreekbare organische stoffen bij filtratie D e belasting van het filter met afbreekbare organische stoffen is afhankelijk van de concentratie in het influent (Si) en de schijnbare contacttijd (t). Voor de gemiddeld e organische volumebelasting (Sb) geldt: waarin t = contacttijd in minuten en indien Si in p g C/1 dan is Sb in p g C/1.h. Voor de gemiddelde hoeveelheid opgenomen substraat per volume-eenheid filtermateriaal (S,) geldt: S, = (Si - S,) x60/t waarin S, = substraatconcentratie in het filtraat. D e hoeveelheidsubstraat die per tijdseenheid en per volume-eenheid filtermateriaal wordt opgenomen (S,) is in evenwicht met de hoeveelheid aanwezige micro-organismen. H e t oppewlak van het filtermateriaal bedraagt circa 3,6 x lo4cm2per liter indien dp = 0 , l cm en E = 0,4. Uitgaande van bolvormige cellen met een straal van 0,39 pm zijn bij een volledige bezetting (CCn cellaag) o p dit oppervlak aanwezig: 3,6 x lo4x lo8 / 0,48 = 7,5 x 1012cellen per liter filterbed. Voor handhaving van een dergelijk aantal cellen van Flavobacterium stam 166 zou de glucose-opname per liter filtermateriaal (S,) minimaal gelijkmoetenzijn aan 7,5 x 1012x5 x 10-8/96 = 3,9 mg glucose C per liter filterbed per uur. Gezien de onder meer door diffusie beperkte opnarne van substraat moet Sb hoger zijn dan de voor S, berekende waarde. Factoren zoals uitspoeling van de bacterien door hogere organismen zijn bij deze berekening niet betrokken. Bij een filtratiesnelheid van 5 m/h bedraagt d e contacttijd in een filterbedlaag van 1 cm dikte circa 0,12 minuten. Voor handhaving van CCn uniforme cellaag op het filtermateriaal in deze 1 cm dikke zandlaag, zou
concentraties aan afbreekbare organische verbindingen in water waarop de filtratie wordt toegepast en het in de praktijk bij snelfiltratie geb~ikelijketerugspoelen van het filter.
koloniegetal per rnl zand
1 5' 0 1
I
bedhoogte (cm) -
-
-
1
A@. 4 - De bacteriebelading van zand in filrers met een oppervlaktebelasting van gemakkelijk afbreekbare verbindingen van circa 300 (e) respectievelijk 50 ( 0 ) mg C/nz2.h. Filrratiesne/heid is 5 m/h.
volgens vergelijking (12) en de hierboven berekende S, waarde een verschil tussen Si en S, nodig zijn van 7,8 p g glucose C/1. Wanneer diffusie niet de substraataanvoer naar de ceIlen zou beperken, dan zou S, gelijk kunnen worden aan Smin(= 0,16 p g glucose C/1) na passage van deze 1 cm dikke laag, indien Si = 0,16 7,8 = 8,OpgglucoseCper liter. I n de praktijk zal uiteraard een concentratieafname van 0,8 p g glucose C/1 per cm bedhoogte tot meer cellen bovenin dan onderin het segment leiden. Het is daarom beter het aantal bacterien dat per volume eenheid filtermateriaal aanwezie. .,is in verband te brengen met de ter plaatse in het filterbed (eventueel bovenin) heersende organische oppervlaktebelasting, L o , namelijk de hoeveelheid substraat die per tijdseenheid per oppe~lakte-eenheid (dwarsdoorsnede filterbed) wordt aangevoerd. Bij een filtratiesnelheid van 5 m/h en Si = 0,8 p g glucose C per liter geldt: Lo = 4 0 mg glucose C/rn2. h. De relatie tussen Lo en d e hoeveelheid bacterien op een filtermateriaal kan experimenteel worden vastgesteld door het bepalen van koloniegetallen van het filtermateriaal bovenuit filters die worden gevoed met water met verschillende substraatconcentraties (Si). Uit afb. 4 blijkt duidelijk dat Lo vooral van grote invloed is op de bacteriebelading van het filtermateriaal bovenin het filter. In de praktijk blijkt dat de aantallen bacterien per ml filterbed lo2 a lo4x lager zijn dan het aantal dat nodig is voor de vorming van CCn laag cellen op het filtermateriaal, namelijk 7,5 x lo9 bacterien per ml. Hierbij moet echter worden aangetekend dat de bezettingsgraad van filtermaterialen met behulp van koloniegetallen niet goed kan worden vastgesteld [Van der Kooij et al, 198 I]. Mede o p grond van opnamen met behulp van rasterelektronenmicroscopiekan echter worden geconcludeerd dat de bezettingsgraad van filtermaterialen met bacterien veel geringer is dan 100%. Dit is onder meer het gevolg van de geringe
+
6. Praktijkwaarnemingen aan filtratieprocessen met behulp van de AOC-bepaling Met de AOC-bepaling, waarvan het principe eerder is uiteengezet [Van der Kooij, 1979bl kan worden vastgesteld in welke mate gemakkelijk afbreekbare verbindingen in het water aanwezig zijn. Dit gehalte wordt uitgedrukt in hoeveelheid acetaat-koolstofequivalenten per liter. Op grond van AOCmktingen kan tevens de invloed van de diverse waterbehandelingen worden vastgesteld. Bij een aantal waterleidingbedrijven is met name de invloed van filtratieprocessen o p het AOC-gehalte bepaald en met behulp hiewan werden vewolgens de gemiddelde volumebelasting met AOC (AOCb) en de gemiddelde AOC-reductie per volumeeenheid filtermateriaal (AOC,), beide in mg acetaat-koolstof-equivalenten per m3 filterbed per uur, berekend (zie formules 1 1 en 12). Uit afb. 5 blijkt dat tussen AOCb en AOC, bij snelfilters een nagenoeg lineaire relatie bestaat. De AOCb-waarden zijn meestal lager dan 200 mg/m3.h, waarbij AOC, < 100 mg/m3. h. Dit zou op grond van eerdere berekeningen (zie hierboven) kunnen betekenen dat zelfs bij snelfilters de bezettingsgraad van het filtermateriaal in het overgrote deel van het filterbed ver beneden d e 100% ligt. Hoewel het AOC-gehalte verrnoedelijk slechts een gedeelte is van de Af6. 5 - De relatie tussetz degemiddelde volumebelasting met AOC (AOCb) en de gemiddelde AOC-opnameper tijdseenheid en volume-eenheidfilrermeriaal AOCr) in praktijkiiuaties bi'snelfillatie (o), snelfilnatie van geclrloord water ( b ) , f i ~ n a t door i e acrieve kool (a) en langzamefiltratie ((.
-
AOCb
0 SF @SF+CI2 .AKF mLZF
aoo
iooo
totale hoeveelheid afbreekbarestoffen, klopt dit met waarnemingen betreffende de bacteriebelading van filtermaterialen. In sommige gevallen, bijvoorbeeld wanneer de filters worden gevoed met geozoniseerd water, kunnen AOCb- en AOC,-waarden relatief hoog zijn, bijvoorbeeld circa 800 mg/m3.h. Uit afb. 5 blijkt verder dat de AOCbwaarden van actieve kool(AK)filters overeenkomen met die van de snelfilters, maar dat de AOCb-waardenvan langzame zandfilters 10 a 100maal lager zijn. Dit gegeven verklaart waarom de biologische activiteit in AK-filters groter is dan in langzame zandfilters en dat hiemoor niet zondermeer adsorptieprocessenverantwoordelijk kunnen worden gesteld. De lage AOCb-waarden bij langzame zandfiltratie zijn een gevolg van de lange contacttijd en van de lage influentconcentratiesals gevolg van het feit dat langzame zandfiltratie meestal de laatste zuiveringsstap vormt. Daar het zuiveringseffectR gelijk is aan AOC,/AOCb x loo%, kan door berekening van de in afb. 5 weergegeven onderbroken lijn de relatie tussen R en AOCb worden verkregen, namelijk:
,
Uit deze vergelijking blijkt dat bij hoge AOCb-waarden R circa 83% bedraagt, tevens zou bij AOCb-waardenbeneden circa 18 mg/mJ filterbed. h geen AOC-venvijdering meer plaatsvinden. In afb. 6 is vergelijking ( 13) tezamen met de waarnemingen weergegeven. Uit deze afb. blijkt dat het zuiveringseffect toeneemt bij toenemende AOCb-waarden en laag is bij lage waarden voor AOCbzoals waargenomen bij langzame zandfiltratie. Vergelijking (13) komt echter niet overeen met de waarnemingen bij AOCb-waarden beneden 20 mg/m3x h. De bij langzame zandfiltratiewaargenomen lage R-waarden zijn vermoedelijk een gevolg van het geringe verschil tussen Smi, en de in het water heersende concentratie,waardoor slechts een zeer traag transport van substraat naar de micro-organismen optreedt. Voor bij de afvalwaterzuivering toegepaste oxidatiebedden geldt dat juist bij hoge belasting het zuiveringseffect afneemt [Imhoff, 19741. Dit verschijnsel is vermoedelijk eveneens een gevolg van een door diffusie beperkte substraatopname. De bij toenemende belasting optredende grotere dikte van de slijmlaag (volledige bezetting) heeft een steeds sterker door diffusiebeperkte opname van substraat en zuurstof tot gevolg. Meerdere gegevens zijn echter nodig om aan te kunnen geven in hoeverre het in afb. 6 weergegeven beeld reeel is. In genoemde afb. valt verder op, dat bij toepassing van snelfiltratie op water waaraan
o SF Q SF+C12 AKF LZF ---R=(o.~~-I~,Q/Aoc~)x
100%
Afb. 6 - De relatie tussen de gemiddelde volumebelarringmetAOC (AOCb)en her zuiveringseffect R. Voor de be~ekenisvan de symbolen,zie a@. 5.
chloor is toegevoegd, veel geringere zuiveringseffecten optreden dan bij snelfiltratie met eenzelfde AOCb zonder chloring. K e ~ e l i j kwordt de biologische activiteit in de betrokken filters in sterke mate gehinderd door het aanwezige chloor. Tenslotte moet worden vermeld dat het zuiveringseffect bij AK-filtratie meestal gelijk of iets geringer was dan bij snelfiltratie. De situatie waarbij een hoog zuiveringseffect werd aangetoond betrof AK-filters na een korte looptijd. Vermoedelijkwordt de AOCversterkt wanneer een duidelijke adsorptie optreedt in de filters.
7. Betekenis van de verlagingvan bet AOCgehalte door biologische processen in filters Biologische zuiveringsprocessen worden zoals reeds is vermeld mede toegepast om afbreekbare stoffen uit het water te doen verwijderen, waardoor nagroei wordt voorkomen. De vraag is nu hoever deze venvijdering moet worden doorgevoerd, met andere woorden beneden welke AOC-concentratie blijft de ontwikkeling van bacterien en hogere organismen in het leidingnet binnen aanvaardbare grenzen. Op dit moment kan deze vraag niet worden beantwoord door het ontbreken van kwantitatieve gegevens over de relatie tussen AOC-gehalte en nagroei van bacterien en hogere organismen. Bepaling van deze relatie vormt nog een onderwerp voor nader onderzoek. Wel kan beantwoording van de vraag op een andere wijze worden benaderd. In afb. 7 is weergegeven welke relatie er bestaat tussen zuiveringseffect en AOC-gehalte van het water. Aannemende dat in water waarvan het AOC-gehalte gemakkelijk verder kan worden gereduceerd door biologische processen bij filtratie, tevens groei tijdens het
AOCI- AOCe - r l OAOC O % -l~ ~
T ! K 50
50 r o c , ( u g a cloo o t a a l - c s q / i ) 150
Mo
Afb. 7 - De invloed van het AOC-gehalte bijjiltratieophet zuiveringseffect. Voors~mbolenozie afb. 5.
verblijf in het leidingnet kan optreden, dan kan op basis van deze afb.worden gesteld dat het AOC-gehalte van drinkwater lager dan circa 10 a 15 pg acetaat-C-eq.11zou moeten zijn. Verder onderzoek ter onderbouwing van een aanbevelingvoor het AOC-gehalte is gaande. Hierbij wordt tevens onderzocht in welke mate bacterien die in drinkwater ongewenst zijn, in staat zijn zich te vermeerderen bij lage substraatconcentraties. 8. Conclusiesen aanbevelingen voor verder ondenoek - Biologische processen bij filtratie spelen een belangrijke rol in de verwijdering van organische stoffen, die om esthetische, technische of hygienische redenen niet in drinkwater aanwezig mogen zijn. - Bij langzame zandfiltratie, en mogelijk ook bij snelfiltratie wordt de substraatverwijdering beperkt door diffusie. - Met behulp van de AOC-bepaling kan de reductie van gemakkelijk afbreekbare stoffen bij filtratie worden vastgesteld. Bij snelfiltratie is deze reductie relatief groot (circa 80%). Bij filtratie van gechloord water is de reductie gering.
- Nader onderzoek is nodig:
a. voor de optimaliseringvan deverwijdering van afbreekbare stoffenbij filtratieprocessen. Hierbij moet naast optimale procescondities tevens worden aangegevenop welke plaats in het zuiveringssysteemeen biologisch fiitratieproces moet worden toegepast; b. voor de vaststelling van relaties tussen de belasting van filters met gemakkelijk afbreekbare koolstofverbindingen en de aanwezigheid van hogere organismen en micro-organismenin de filters en in de filtraten. Op grond van deze relaties kunnen nadere beheercondities voor biologische filtratieprocessen worden aangegeven; c. om aan te geven met welk AOC-gehalte het water moet worden gedistribueerd; d. voor de vaststelling van de afbreekbaarheid van organische verbindingen waarvan de aanwezigheid in drinkwater om hygienische, technische of esthetische redenen ongewenst is. Literatuur Barnsley, E. A. (1975). The bacterial degradationof fluoranthene and benzo(a)pyrene. Can. J. Microbiol. 2 1: 1004- 1008. Boorsma, H. J. (1966). De biologievan d e z u i v e r i 18de vakantiecursus in drinkwate~ootziening:66-74. Brunner, W.,Stauts, D. andLeisinger,T. (1980). Bacterial degradation of dichloromethane.Appl. Environ. Microbiol. 40: 950-958. Crips, R. E. ( 197 I). The microbial breakdown of pesticides. In: Microbial aspectsof pollution (eds. G. Sykes and F. A. Skinner). Soc. Appl. Bacteriol. Symp. Ser. 1: 255 - 266. Gibson, D. T., Jerina, D. M., Yagi, H. and Yeh, H. J. C. (1975). Oxidation of the carcinogens benzo(a)pyreneand benzo(a)anthracene to dihydrodiok by a bacterium. Science 189: 295 -297. Herbes, S. E. and Schwall, L. R. (1978). Microbial transformation ofpolycyclic aromatic hydrocarbonsin pristine and petroleum-contaminated sediments. Appl. Environ. Microbiol. 35: 306-3 16. ImhofE,K. R. ( 1979). Betriebsergebnissevon Tropjkorperanlagen und Bemessen~ngsvorschlagim Hinblick aufpar. 7a. HWG. GWF Wasser Abwasser 120: 47 -49. Kool, H. J. en Kranen, H. J. van (1983). Het venvijderen van micro-organismen bij de bereiding van drinkwater. 5 0 . 1 6 : 79-86. Leeflang, K. W. H. (1948). Het wezen der biologische filtratie. Eerste vakantiecursusin drinkwate~oomening 1: 14-34. Miiller, G. (1972). Koloniezahlbesrimmungen im Trinkwasser. Gas Wasserfach. 113: 53- 57. Pennink, J. M. K. (1980). Discours over het wezen der zandfitratie. De hgenieur23: 265-286. Reasoner, D. J. and Geldreich (1979). Significance of pigmented bacteria in water supplies. Proc. 7th AWWA Water Qual. Technol. C o d : 187- 196. Van der Kooij, D. (1979). Onnvikkeling van een methode o m de nagroeimogelijkhedenvan bacterienin drinkwater re bepalen. &O, 12: 164- 167. Van der Kooij, D., Visser, A. andHijnen, W. A. M. ( 1980). Growth of Aeromonas hydrophila at low concentrations of substrates added to tap water. Appl. Environ. Microbiol. 39: 1198- 1204. Van der Kooij, D. andHijnen, W. A. M. (1981). Utilization of low concennations of starch by a Flavobacteriumspecies isolatedfiom tap water. Appl. Environ. Microbiol. 4 1: 2 16-22 1. Van der Kooij, D., Hijnen, W. A. M. en Oranje, J. P. g bacterizn in drinkwater. H,O, (198 1). ~ e r m h d e r i n van 14: 317-323. Windle Taylor, E. (197 1- 1973). Biodegradation of
organicchemicals. Metropolitan WaterBoard, Report45, 35 - 44. Wolters, N. und Schwartz, W. (1956). Untersuchungen uber Vorkommen und Verhaltenvon Micro-organismenin reinen Grundwiissern.Arch. Hvdrobiol. 5 1: 500 - 54 1. Wright, S. J. L. (197 1). ~egraiationof herbicides by soil micro-organisms. In: Microbial aspects of pollution (eds. G. sykesUandF. A. Skinner). Soc. 'Appl. ~gcteriol.Sump. Ser. I: 233-254. Zullei, N. (1977). Eliminierung von organischen Schadstoffen bei der Infiltration und Untergrundpassage unter besonderer Berucksichrigung der Pestizide. Veroff. Inst. Wasse~ersorgung Dortmund und Hydro]. Abt. Dortmunder Stadwerke 26.
Inhoud
Optreden en beperking van algengroei - drs. J. C. van der Vlugt en drs. T. Aldenberg Water en ziekte -prof. dr. J. Huisman Aanpassingen van bacterien aan voedselarme milieus - J. G. Kuenerf Voorkomen en betekenis van dierlijke organismen - ir. J. Zwaagstra Virussen in water (Deel I) - ir. M. van Olphen Virologisch onderzoek van drinkwater en oppemlaktewater in Nederland in de periode 1978- 1980 (Deel 2) - ir. M. van Olphen en E. van de Baan Het verwijderen van micro-organismen bij de bereiding van drinkwater - H. J. Kool en H. J. van Kranen Microbiologisch onderzoek van drinkwater - A. H. Havelaar Interacties tussen materialen en micro-organismen en de invloed hiervan op de kwaliteit van het drinkwater bij distributie - D. van der Kooij Microbiologische processen in spaarbekkens - drs. G. Oskam Verwijdering van organische stoffen door micro-organismen bij filtratieprocessen D. van der Kooij en W. A. M. Hijnen
