Стратегії контролю біоплівок в системах розподілу питної води

Abstract

The presence of biofilms in drinking water distribution systems (DWDS) is a cause of water quality degradation and a potential source of public health risks. The biological stability of drinking water in distribution networks is influenced by various factors, such as the presence and concentration of nutrients, water temperature, pipe material composition, hydrodynamic conditions, and residual concentrations of disinfectants. The review aimed to assess the current state of knowledge on biofilm disinfection strategies in DWDS through a qualitative and quantitative analysis of the literature published over the past decade. A systematic review of 562 journal articles identified by searching the Web of Science and Scopus databases was conducted, with 85 studies selected for detailed analysis. A variety of disinfectants have been identified for the control of PV biofilms, such as chlorine, chloramine, UV radiation, hydrogen peroxide, chlorine dioxide, ozone, electrolyzed water, bacteriophages, silver ions, and nanoparticles. Disinfectants can affect the microbial communities in biofilms, reduce the number of cultured cells and biofilm biomass, and affect components of the biofilm matrix. Maintaining an effective residual disinfectant concentration in the water ensures long-term prevention of biofilm formation and improves the inactivation of detached biofilms associated with opportunistic pathogens. In addition, strategies based on multi-barrier processes, by optimizing primary and secondary disinfection in combination with other water treatment methods, improve the control of opportunistic pathogens, reduce the chlorine resistance of cells embedded in biofilms, and reduce the corrosion rate in metal pipelines. Most studies on biofilms have been performed in laboratory conditions that simulate real water supply systems. Therefore, future studies should be directed against biofilms formed in real water supply networks.

Наявність біоплівок у системах розподілу питної води (DWDS) є причиною погіршення якості води та можливим джерелом ризиків для здоров'я населення. На біологічну стабільність питної води у розподільчих мережах впливають різні фактори, такі як наявність та концентрація нутрієнтів, температура води, склад матеріалу труб, гідродинамічні умови та залишкові коцентрації дезінфікуючих засобів. Огляд мав на меті оцінити сучасний стан знань про стратегії дезінфекції біоплівок DWDS шляхом якісного та кількісного аналізу літератури, опублікованої за останнє десятиліття. Було проведено систематичний огляд 562 журнальних статей, виявлених шляхом пошуку в базах даних Web of Science та Scopus, при цьому 85 досліджень було відібрано для детального аналізу. Було визначено різноманітні дезінфікуючі засоби для контролю біоплівок ПВ, такі як хлор, хлорамін, УФ-опромінення, перекис водню, діоксид хлору, озон, електролізована вода, бактеріофаги, іони срібла та наночастинки. Дезінфікуючі засоби можуть впливати на мікробні спільноти в біоплівках, зменшувати кількість культивованих клітин та біомасу біоплівки, а також впливати на компоненти матриці біоплівки. Підтримка ефективної залишкової концентрації дезінфектанту у воді гарантує довгострокове запобігання утворенню біоплівки та покращує інактивацію відокремлених біоплівок, пов'язаних з умовно-патогенними мікроорганізмами. Крім того, стратегії, засновані на багатобар'єрних процесах, шляхом оптимізації первинної та вторинної дезінфекції в поєднанні з іншими методами очищення води, покращують контроль умовно-патогенних мікроорганізмів, знижують стійкість до хлору клітин, вбудованих у біоплівку, а також знижують швидкість корозії в металевих трубопроводах. У більшості досліджень вивчення біоплівки виконували в лабораторних умовах, які імітували реальні системи водопостачання. Тому, майбутні дослідження повинні бути направлені проти біоплівок, що утворюються в реальних мережах водопостачання.