Assessment of microbial support potential of six materials used in drinking water distribution systems

Évaluation de l’aptitude de six matériaux utilisés dans les installations de distribution d’eau à promouvoir la croissance microbienne

Centre de Recherche, d’Expertise et de Contrôle des Eaux de Paris (Crecep), 144 avenue Paul Vaillant Couturier, 75014 Paris

Abstract

An european draft test method for determining the microbial growth promoting properties of materials in contact with water intended for human consumption has been developped. This method or BPP test is based on a combination of two principles : determination of the active biomass concentration with ATP analysis and semi-dynamic test conditions with replacement of the test water once a week. The ability of 6 materials to enhance the production of biomass was studied. These materials (copper, C-PVC, stainless steels, polybutene and polypropylene) were investigated at two temperatures, 30°C and 50°C. Representative samples of the materials were incubated in tap water over a period of 16 weeks. The test water was initially inoculated with a mixture of naturally occuring micro-organisms derived from river Seine and was replaced once a week. ATP measurements were carried out on days 56, 84 and 112. The net BPP values (corrected for the effect of the water) clearly show differences between materials. The biomasss production appears to be related to the nature of the materials and to its incubation temperature. Some of them (metallic and synthetic products) exhibit a very slow microbial growth support potential while others are able to produce a thin biofilm. Temperature has an impact on the growth potential with high BPP values at 50°C in the majority of cases. Increasing temperature may accelerate biodegradability, may enhance the release of biodegradable compounds from materials or may lead to alternative biofilm properties. This study has been conducted on unused materials during a short contact time. Thus, the ageing of the material, the effect of corrosion or fouling and the impact of various disinfection treatments have not been taken into account. Further investigations should be conducted to confirm the microbial promoting properties of these materials in practical conditions.

Résumé

Une méthode d’essai a été développée au niveau européen afin de préjuger de l’innocuité microbiologique des matériaux au contact de l’eau potable. Cette méthodologie, nommée "test BPP", est basée sur la détermination de la concentration en biomasse active, dans la phase eau et sur le matériau, par dosage de l’ATP microbien. Une étude a été menée afin d’évaluer le potentiel de six matériaux neufs à contribuer au développement microbien. Ces matériaux (cuivre, C-PVC, aciers inoxydables, polybuthène et polypropylène) ont été soumis au test BPP, ceci à deux températures, 30 °C et 50 °C. Des éprouvettes de matériau ont été incubées pendant 16 semaines dans l’eau du robinet, l’eau de trempage étant renouvelée chaque semaine. Cette eau a été, de plus, supplémentée avec des micro-organismes provenant de la Seine. Des lectures d’ATP microbien ont été réalisées à 8, 12 et 16 semaines à la fois sur l’eau de trempage et sur le matériau. Les résultats obtenus confirment que l’aptitude à générer la formation d’un biofilm varie en fonction de la nature du matériau. Certains matériaux métalliques comme le cuivre, ou organiques tel le C-PVC, apparaissent peu promoteurs alors que d’autres, par exemple, le polypropylène, induisent une prolifération des micro-organismes. Néanmoins, même dans le cas du polypropylène, matériau le plus promoteur de l’étude, cette prolifération reste limitée. La température est également capable d’influencer la production de biomasse. Ainsi, le comportement des deux types d’acier inoxydable, du polybuthène et du polypropylène diffère à 30 °C et à 50 °C. Pour l’acier inoxydable 304, l’élévation de température entraîne une moins grande formation du biofilm. Ce phénomène pourrait s’expliquer par des modifications dans les propriétés du biofilm (micro-organismes différents, état physiologique différent, temps du "turn-over" de l’ATP plus rapide...). Pour la majorité des autres matériaux, l’augmentation de la température produit un effet stimulant sur la croissance microbienne en accélérant probablement la biodégradabilité du matériau, la libération de substances assimilables et/ou en sélectionnant des espèces microbiennes plus aptes à se développer au contact du matériau. Il est à noter, enfin, que cette démarche a été entreprise sur des matériaux neufs et qu’elle ne tient nullement compte de l’état de vieillissement du matériau, des phénomènes d’entartrage, de corrosion et des procédures de désinfection.