Evaluation of susceptibility of polymer and rubber materials intended into contact with drinking water on biofilm formation

• Autorzy: Szczotko M. , Stankiewicz A. , Jamsheer-Bratkowska M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Background. Plumbing materials in water distribution networks and indoor installations are constantly evolving. The application of new, more economical solutions with plastic materials eliminates the corrosion problems, however, do not fully protect the consumer against secondary microbial contamination of water intended for human consumption caused by the presence of a biofilm on the inner surface of materials applied. National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene conducts research aimed at a comprehensive assessment of this type of materials, resulting their further marketing authorization in Poland. Objectives. Evaluation and comparison of polymer and rubber materials intended to contact with water for the susceptibility to biofilm formation. Materials and Methods. Plastic materials (polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride) and rubber compounds (EPDM, NBR), from different manufacturers were evaluated. The study was carried out on 37 samples, which were divided into groups according to the material of which they were made. The testing was conducted according to the method based on conditions of dynamic flow of tap water. The level of bioluminescence in swabs taken from the surface of the tested materials was investigated with a luminometer. Results. Evaluation of plastic materials does not show major objections in terms of hygienic assessment. All materials met the evaluation criteria established for methodology used. In case of rubber compounds, a substantial part clearly exceeded the limit values, which resulted in their negative assessment and elimination of these materials from domestic market. Conclusions: High susceptibility to the formation of biofilm in the group of products made of rubber compounds has been demonstrated. Examined plastic materials, except for several cases, do not revealed susceptibility to biofilm formation, but application of plastics for distribution of water intended for human consumption does not fully protect water from secondary, microbiological contamination. Complete verification of plumbing materials including biofilm formation test before their introduction into the domestic market should be continued.

PL

Wprowadzenie. Materiały wykorzystywane w sieciach wodociągowych oraz instalacjach wewnątrz budynków ulegają ciągłym zmianom. Wprowadzenie nowych bardziej ekonomicznych rozwiązań z zastosowaniem materiałów z tworzyw sztucznych eliminuje problemy związane z korozją, jednak nie zabezpiecza konsumenta przed wtórnym mikrobiologicznym zanieczyszczeniem wody przeznaczonej do spożycia powodowanym występowaniem biofilmu na wewnętrznej powierzchni rur i przewodów instalacyjnych. W Narodowym Instytucie Zdrowia Publicznego - Państwowym Zakładzie Higieny, prowadzone są badania mające na celu kompleksową ocenę tego typu materiałów, czego efektem jest wydawanie Atestów Higienicznych i dopuszczenie materiałów do obrotu na krajowym rynku. Cel. Celem badań było porównanie i ocena materiałów z tworzyw sztucznych i gumy przeznaczonych do kontaktu z wodą do spożycia w zakresie ich podatności na tworzenie biofilmu. Materiał i metody. Ocenie poddano materiały z różnych tworzyw sztucznych (polietylen, polipropylen, polichlorek winylu) oraz mieszanki gumowe pochodzące od różnych producentów. Badania wykonano dla 37 próbek, które zostały podzielone na grupy w zależności od rodzaju materiału z jakiego zostały wykonane. Badania prowadzone były zgodnie z metodyką własną, w dynamicznych warunkach przepływu wody, z wykorzystaniem urządzeń przepływowych (UPE). Za pomocą luminometru oznaczano poziom bioluminescencji w wymazach pobranych z powierzchni testowanych materiałów. Wyniki. Ocena zbadanych materiałów z tworzyw sztucznych nie budziła większych zastrzeżeń pod względem higienicznym. Wszystkie materiały spełniały kryteria oceny określone w stosowanej metodyce badawczej, przy czym w kilku przypadkach oznaczone wartości były bliskie dopuszczalnego limitu. W przypadku mieszanek gumowych, w znacznej części stwierdzono wyraźne przekroczenia dopuszczalnych wartości, co skutkowało negatywną ich oceną oraz eliminacją tych materiałów z obrotu na krajowym rynku i możliwością ich wykorzystywania w kontakcie z wodą do picia. Wnioski. Wykazano znaczną podatność zbadanych produktów wykonanych z mieszanek gumowych na tworzenie się biofilmu. Materiały tworzywowe jak polietylen, polichlorek winylu i polipropylen, w znacznej większości nie wykazywały podatności na tworzenie się biofilmu, jednak ich zastosowanie do dystrybucji wody przeznaczonej do spożycia przez człowieka nie zabezpiecza jej w pełni przed wtórnym, mikrobiologicznym zanieczyszczeniem. W celu pełnej weryfikacji materiałów, przed ich wprowadzeniem na krajowy rynek, niezbędna jest dalsza ich ocena, z uwzględnieniem ich podatności na tworzenie się biofilmu.

Słowa kluczowe

EN

susceptibility; polymer; rubber material; plumbing material; hygienic assessment; drinking water; biofilm formation

• Wydawca: -
• Czasopismo: Roczniki Państwowego Zakładu Higieny
• Rocznik: 2016
• Tom: 67
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.409-417,fig.,ref.

Twórcy

autor

Szczotko M.

• Department of Environmental Hygiene, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

autor

Stankiewicz A.

• Department of Environmental Hygiene, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

autor

Jamsheer-Bratkowska M.

• Department of Environmental Hygiene, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Assessment of the microbial growth potential of materials in contact with treated water intended for human consumption. Comparison of test methods. KWR 07.068. KIWA Research, 2007.
• 2. Bressler D., Balzer M., Dannehl A., Flemming H.-C., Wingender J.: Persistence of Pseudomonas aeruginosa in drinking-water biofilms on elastomeric material. Wat Sci Tech Wat Supp 2009; 9:81-87.
• 3. BS 6920-2.4; British Standard, 2000. Suitability of nonmetallic products for use in contact with water intended for human consumption with regard to their effect on the quality of water. Methods of test. Growth of aquatic microorganisms test.
• 4. Chandra J., Zhou G., Channoum M. A.: Fungal biofilms and actimycotics. Current Drug Targets 2005; 8:887–894.
• 5. Czaczyk K., Wojciechowska K.: Tworzenie biofilmow bakteryjnych – istota zjawiska i mechanizmy oddziaływań. [The formation of bacterial biofilms - the essence of the phenomenon and mechanisms of interactions]. Biotechnologia 2003; 3:180–192 (in Polish).
• 6. Dohnalik P., Jędrzejewski A.: Efektywna eksploatacja wodociągów. [Effective exploitation of water supply]. Kraków, Wyd. LEMtech Konsulting Sp. z o. o., 2004 (in Polish).
• 7. DVGW W270, Microbial Enhancement on Materials to Come into Contact with Drinking Water - Testing and Assessment. 2007.
• 8. Flemming, H.C.: Relevance of biofilms for the biodeterioration of surfaces of polymeric materials. Polym. Degrad. Stabil. 1998; 59:309-315.
• 9. Grabińska-Łoniewska A., Siński E.: Mikroorganizmy chorobotwórcze i potencjalnie chorobotwórcze w ekosystemach wodnych i sieciach wodociągowych. [Pathogens and potentially pathogenic microorganisms in aquatic ecosystems and water supply networks] Warszawa, Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o. 2010 (in Polish).
• 10. Grabińska-Łoniewska A.: Występowanie grzybów mikroskopowych w systemach dystrybucji wody pitnej i związane z tym zagrożenia zdrowia. [The presence of microscopic fungi in drinking water distribution systems and associated risk]. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2006; 7-8:72-74 (in Polish).
• 11. Kilb B., Lange B., Schaule G., Flemming H.-C., Wingender J.: Contamination of drinking water by coliforms from biofilms grown on rubber-coated valves. Int J Hyg Environ Health 2003; 206:563–573.
• 12. Kooij D. van der et al. CPDW project – Assessment of the microbial growth support potential of products in contact with drinking water. 2003.
• 13. Kotowski A.: Analiza hydrauliczna zjawisk wywołujących zmniejszenie przepływności rurociągów. [Analysis of hydraulic phenomena causing a reduction in flow rate of pipelines]. Ochrona Środowiska. 2010; 1:27–32 (in Polish).
• 14. Kwacz M., Zadrosz J.: Przykłady zastosowań rur z tworzyw sztucznych w sieciach podziemnych. Cz. I. Nowoczesne Budownictwa Inżynieryjne. [An examples of applications of plastic pipes to underground networks. Part. I: Modern Construction Engineering], 2008; 3-4:66-71 (in Polish).
• 15. Kwietniewski M., Leśniewski M.: Materiały przewodów wodociągowych i kanalizacyjnych w aspekcie ich niezawodności. [Material for water pipes and sewage systems in terms of their reliability]. Gospodarka Wodna 2007; 4:158-166. (in Polish)
• 16. Kwietniewski M., Rak J.: Niezawodność infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej w Polsce. [The reliability of water supply and sewerage infrastructure in Poland]. Warszawa. Wyd. PAN, Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej, Instytut Podstawowych Problemów Techniki. 2010 (in Polish).
• 17. Kwietniewski M., Tłoczek M., Wysocki L.: Zasady doboru rozwiązań materiałowo-konstrukcyjnych do budowy przewodów wodociągowych. [Rules for selection of material and constructional solutions for the construction of water networks]. Bydgoszcz. Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie, 2011 (in Polish).
• 18. Kwietniewski M.: Awaryjność infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej w Polsce w świetle badań eksploatacyjnych. [Failure frequency of water and sewerage infrastructure in Poland according to the exploitation research]. XXV Konferencja Naukowo-Techniczna, Międzyzdroje, 24-27.05.2011 (in Polish).
• 19. Långmark J., Storey M. V., Ashbolt N. J., Stenström T-A.: Accumulation and fate of microorganisms and microspheres in biofilms formed in a pilot-scale water distribution system. Appl Environ Microbiol. 2005; 2: 706–712.
• 20. Łebkowska M., Pajor E., Rutkowska-Narożniak A., Kwietniewski M., Wąsowski J., Kowalski D.: Badania nad rozwojem mikroorganizmów w przewodach wodociągowych z żeliwa sferoidalnego z wykładziną cementową. [Microbial Growth in Cement-lined Ductile Cast-iron Water-pipe Networks]. Ochrona Środowiska. 2011; 3(33):9-13 (in Polish).
• 21. Lewandowski Z., Boltz J. P.: Biofilms in water and wastewater treatment. Treatise on Water Science. 2011; 4:529–570.
• 22. Lewandowski Z.: Structure and function of biofilms. In: L. V. Evans, editor. Biofilms: recent advances in their study and control. Amsterdam. Harwood Academic Publishers, 2000, 1-17.
• 23. Marshall K.C.: Growth of bacteria on surface-bound substrates: significance in biofilm development. Recent Advances in Microbial Ecology ed. Hattori T., Ishida Y., Maruyama Y., Morita R., Uchida A. Tokyo. Jap. Sci. Soc. Press, 1989, 146-150.
• 24. Musz A., Kowalska B.: Wpływ materiału rurociągów wykonanych z tworzyw sztucznych na jakość wody wodociągowej. Przegląd literatury. Polska Inżynieria Środowiska pięć lat po wstąpieniu do Unii Europejskiej, tom 3. [The influence of the pipelines made of plastic on the quality of tap water. Review of the literature. Polish Environmental Engineering five years after joining the European Union, Volume 3] pod red.: M Dudzińskiej, L. Pawłowskiego. 2009; Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska; 60:165-178. Lublin (in Polish).
• 25. Nawrocki J., Świetlik J.: Analiza zjawiska korozji w sieciach wodociągowych. [Analysis of corrosion in water supply systems]. Ochrona Środowiska, 2011, 33, 4: 27-40 (in Polish).
• 26. Ollos P.J., Huck P. M., Slawson R. M.: Factors affecting biofilm accumulation in model distribution systems. Journal American Water Works Association. 2003; 1:87–97.
• 27. Önorm B 5018-1,2002. 2 Prüfung der Verkeimungseigung Trinkwasserrohren, Teil1: Prüfverfahren, Teil 2: Bewertung. Österreichisches Normungsinstitut, 1020 Wien.
• 28. Pepper I. L., Rusin P., Quintanar D. R., Haney C., Josephson K. L., Gerba C. P.: Tracking the concentration of heterotrophic plate count bacteria from the source to the consumer’s tap. Int J Food Microbiol. 2004; 92:289–295.
• 29. Siemiński M.: Środowiskowe zagrożenia zdrowia. Inne wyzwania. [Environmental health risk. The other challenges]. Warszawa. PWN, 2007 (in Polish).
• 30. Szczotko M., Krogulska B., Krogulski A.: Badania podatności materiałów kontaktujących się z wodą przeznaczoną do spożycia na powstawanie obrostów mikrobiologicznych. [Investigation of susceptibility of materials contacting with drinking water for microbial growth]. Rocz Panstw Zakl Hig 2009; 60:137-142 (in Polish), PMID: 19803443, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19803443
• 31. Traczewska T.M., Sitarska M.: Aspekty mikrobiologiczne stosowania materiałów polimerowych w systemach dystrybucji wody. [Microbiological aspects of polymeric materials application in water distribution systems]. Instal. 2009; 4:38-41 (in Polish).