Online Monitoring of Biofilm Growth in Premise Plumbing Systems

Abstract

Den gramnegative bakterieslekten Legionella kan forårsake sykdom med samlebenevningen legionellose. Legionellose kan gi alvorlig sykdom og er potensielt dødelig. Globalt er forekomsten økende. Legionella spp. forekommer i menneskeskapte så vel som naturlige vannsystemer. Biofilm er en tilnærmet nødvendighet for overlevelsen av Legionella i lokale drikkevannsystemer i bygg, som blant annet omfatter varme-, ventilasjons- og sanitærsystemer. Nettbaserte, ikke-inngripende biofilmovervåkningssystemer har et stort potensial til å bidra med å tette informasjonshull på biofilmvekst som ikke dekkes av mer anerkjente metoder som manuell innsamling av biomasse fra biofilm for DNA-analyse. I skrivende stund finnes det imidlertid ingen nettbaserte overvåkningssystemer som gir komplett og helhetlig informasjon om biofilmvekst. For å bidra til å redusere dokumentasjonsknappheten på slike overvåkningssystem, har denne studien samlet og analysert data fra fire ALVIM Srl A001S3 sensorer. Sensorene måler elektrokjemiske signal fra biofilm. Hver av sensorene ble installert i individuelle rør koblet til utløp i en modell av et lokalt drikkevannsanlegg. Sensorene viste seg å være høyst sensitive til forhøyede temperaturer (49 og 60 °C), samt hurtige endringer i strømningshastighet. Data fra ALVIM-sensorene ble brukt til å gi indikasjoner på virkningen av følgende tiltak for å forebygge eller redusere forekomsten av Legionella og biofilm: økte vanntemperaturer, spyling, og tilsetning av desinfeksjonsmiddelet monokloramin. Sannsynlig biofilmvekst ble observert i alle operasjonsfasene av piloten, med unntak av der en kombinasjon av spyling med en varmtvannstemperatur på 60 °C og tilsetning av 1 mg/L monokloramin ble benyttet. Til tross for at sensorene ga en innsikt i biofilmvekst, så kunne ikke sensordataene alene brukes til å bekrefte veksten og tilstedeværelsen av biofilm. Til dette behøvdes komplementære overvåkningsmetoder som DNA-analyse av biomasse fra biofilm.

The gram-negative bacteria Legionella can cause illness in humans, collectively termed legionellosis, which is potentially fatal. The global incidence of legionellosis is rising. Legionella spp. are native to both anthropogenic and natural water systems. Biofilm is considered a requisite for the survival and proliferation of Legionella in premise plumbing. Non-invasive, online biofilm monitoring thus carries a large potential in providing valuable, continuous information about biofilm development that more established methods, such as manual collection of biofilm biomass, cannot. However, currently, there exists no monitoring system that provides a complete set of information on biofilm growth. To reduce the shortage of documentation on the performance of these online monitoring systems, biofilm electrochemical signals recorded by four ALVIM Srl A001S3 sensors were analysed. The sensors were installed in four of in total twelve distal pipes, which each were connected to outlets of a premise plumbing pilot. The sensors proved highly sensitive to elevated temperatures around 49 and 60 °C, as well as rapid changes in flow rate. The ALVIM sensor data was used to give evidence on the efficacy of the following control measures applied to the pilot: increased hot water temperatures, flushing, and the disinfectant monochloramine. No growth was discerned during the phase in which a combination of flushing at 60 °C and addition of 1 mg/L monochloramine was employed. Whilst the sensors provided an insight into biofilm growth, the sensor data could not have been interpreted as confirmation of biofilm growth with high enough certainty without supporting evidence provided by biofilm biomass sampling.