Во многих городских системах питьевого водоснабжения добавляют смягчающие вещества, чтобы предотвратить засорение труб минеральными отложениями. Согласно новому исследованию, эти добавки могут увеличить риск попадания болезнетворных микроорганизмов в питьевую воду, ослабляя сцепление бактерий, таких как бактерии, вызывающие болезнь легионеров, с внутренней частью труб.
Биопленки, похожие на пленки, которые растут на стекле аквариумов, присутствуют почти во всех водопроводных системах и прикрепляются к минеральным отложениям в трубах. Они кишат безвредной микробной жизнью, и случаи заболеваний, передающихся через воду, редки.
«Подземные воды, которые снабжают водой многие города, могут быть богаты магнием и кальцием», - сказала Хелен Нгуен, профессор гражданского строительства и соавтор исследования. «В сочетании с другими элементами они могут образовывать толстые отложения минеральной накипи, которые засоряют инженерные системы водоснабжения. Из-за этого на водоочистных сооружениях добавляют химические вещества, называемые полифосфатами, для растворения минералов, чтобы контролировать образование накипи».
Недавнее исследование, проведенное соавтором и профессором гражданской и экологической инженерии Вэнь-Цо Лю, показало, что даже при добавлении противомикробных агентов компаниями, занимающимися водоснабжением, бактерии, которые растут на минеральной шкале, могут размножаться до опасного уровня в расходные материалы, которые застаиваются во внутренней сантехнике.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Biofilms and Microbiomes, группа инженеров из Университета Иллинойса показала, что добавление химических веществ, препятствующих образованию накипи, приводит к тому, что биопленки становятся толще и мягче.
Команда измерила толщину и жесткость выращенных в лаборатории биопленок с помощью магнитодвижущей оптической когерентной эластографии - инструмента, используемого для измерения прочности раковых тканей. Аналитический метод, разработанный Стивеном Боппартом, профессором электротехники и вычислительной техники и соавтором исследования, позволил команде количественно оценить влияние полифосфата на прочность биопленок.
Чтобы воспроизвести то, что происходит в спроектированных водопроводных системах, команда использовала трубы из ПВХ и грунтовые воды из источника в районе Шампейн-Урбана для выращивания биопленок. Они создали несколько сценариев с добавлением полифосфатов и без них. Исследователи заявили, что во всех сценариях образуются биопленки, но система, в которой использовались полифосфаты, давала гораздо более толстые и мягкие биопленки, чем другие.
«Увеличенная толщина биопленки означает больше бактерий, а размягчение увеличивает вероятность того, что кусочки отслоятся и загрязнят подачу воды при нормальном давлении потока», - сказал Нгуен.«Вода из-под крана регулируется Агентством по охране окружающей среды вплоть до линии собственности, а не до крана. Таким образом, в зданиях, где вода некоторое время застаивалась, это может стать проблемой общественного здравоохранения».
Проблема, по мнению исследователей, заключается в том, что для поддержания адекватного расхода воды по трубам требуется какое-то химическое вещество против образования накипи. «Конечно, одним из решений может быть замена труб, когда они забиваются минеральными отложениями», - сказал Нгуен. «Но это было бы очень дорого для коммунальных служб и владельцев собственности в такой большой стране, как Соединенные Штаты».
Нгуен считает, что самое доступное и реалистичное решение будет найдено путем лучшего понимания химического состава воды, а не путем уничтожения всех микробов, разрыва труб или изменения правил.
До этой работы у нас не было хорошего понимания взаимосвязи между химическим составом воды и микробиомом, существующим в сантехнике. Эта работа дала нам первоначальное представление и инструменты, помогающие определить, какие химические вещества будут работать лучше всего и в какой концентрации», - сказал Нгуен.
Команда продвигается вперед с соответствующими исследованиями, которые изучают способы помочь физически удалить биопленки, в то время как трубы остаются на месте, и другие, которые изучают влияние антикоррозионных химикатов на биопленки и качество воды.
"Мы не сможем контролировать, как долго потребитель питьевой воды будет позволять воде застаиваться, но мы можем работать, чтобы понять, как химические вещества, которые мы добавляем в нашу воду, взаимодействуют с биопленками."
Агентство по охране окружающей среды США, Национальный институт биомедицинской визуализации и биоинженерии и Национальный институт здравоохранения поддержали это исследование. Бывшая аспирантка Юнь Шен провела исследование в рамках своей докторской диссертации.