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
*: <q..iS
Spaarbekkens [I], werd geconcludeerd dat
&-$;
onderzoek naar maatregelen ter bestrijding 'g-"s * "' '
:-4iwlkL - W l C ",Jdb;
van overmatige algengroei in spaarbekkens k%iL
ten behoeve van de drinkwatervoorziening
dringend noodzakelijk was. Algengroei
geeft een extra belasting aan het zelfreinigingsproces, kan de zuivering tot drinkwater bemoeilijken en zelfs doen stagneren
[2]. Ook de kwaliteit van het drinkwater
kan nadelig beinvloed worden door reuken smaakstoffen, die door de algen aan
het water worden afgegeven 131. Met name
de blauwalgen, ook we1 Cyanobacterien genoemd, zijn bovendien ongewenst omdat zij
toxische stoffen kunnen vormen 141. Uit
recent onderzoek van Kappers [S] in Nederlandse meren en spaarbekkens is gebleken
dat toxische blauwwieren ook hier algemeen voorkomen. In het kader van deze
vakantiecursus 'Microbiologie bij de waterbereiding' spelen vooral de organische
stoffen, die afkomstig zijn van algen, een
belangrijke rol bij de be'invloeding van de
kwaliteit van het drinkwater.
+
*..--
- 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

Nieuwsbrief - Luc Van Oost

klik hier voor meer info

Download hier uw product document

Polytechnisch Zakboek

Montage persverbindingen 12 t/m 54 mm

HET MAKEN VAN EEN (VIKING)DRINKHOORN

Bijlage: Beantwoording nadere vragen ter voorbereiding AFB De

TopTek GS 2.0 – B 125

APS 0066_medivere-nl_Stuhldiagnostik_Histamin im Stuhl_mit

Mijn waterhardheid