Water distribution systems inside buildings: influence of “repeated treatments” on the ability of three materials to promote microbial growth

Installations intérieures de distribution d’eau: influence des «traitements répétés» sur l’aptitude de trois matériaux à promouvoir la croissance microbienne

¹ Laboratoire d’Hygiène de la Ville de Paris, 11 rue George Eastman, 75013 Paris, France
² Laboratoire de Génie Chimique et Biochimique (LGCB) Polytech, Clermont Université, Université Blaise Pascal, BP 10488, F-63000, Clermont-Ferrand, France

^* Auteur de correspondance : fabien.squinazi@paris.fr

Received: 29 March 2012
Accepted: 21 May 2012

Abstract

The main objective of this study was to evaluate the influence of “repeated treatments”, performed on three materials, on the potential of these materials to promote microbial growth. These three materials; copper, CPVC and a variety of PEX, are widely used in water distribution systems inside buildings. These materials were tested as new and in a degraded condition; achieved by treating the material 120 times with a succession of cleaning and disinfection procedures typical of those applied to distribution systems inside buildings (in terms of products, durations and concentrations) and representative of the service life of a system that suffers from contamination problems.

The test method is the project European standard CEN TC164/WG3/AHG3 (Biomass Production Potential – BPP – Enhancement of Microbial Growth) and is based on the determination of the concentration of active biomass in the water phase and on the material, by assaying the microbial adenosine triphosphate (ATP), under so-called “semi-dynamic” conditions.

The three materials studied differed significantly from each other in terms of their ability to promote microbial growth. Consequently, the promotion of microbial growth was found to be dependent on the type of material. The highest level of growth was observed for PEX (1520 pg ATP/cm²) with much lower levels for CPVC and copper (35 pg ATP/cm² and 11 pg ATP/cm² respectively).

These tests also revealed the absence of any impact of the repeated treatments, performed on these three materials, on their ability to form biofilms (similar ATP content per cm² for new and “treated” material), even though the treatments were observed to have slightly attacked the surfaces of the CPVC, PEX and copper materials. These repeated treatments probably do not modify the properties of the materials with regards to the ability of the micro-organisms to attach and proliferate.

This study considered to a very limited extent the structural changes induced by the ageing of the materials under actual conditions of use: surface condition, scaling phenomena and corrosion. Tests under dynamic conditions, in pilot systems, which represent more closely the actual conditions in which the materials are used, could be conducted and the results compared with those obtained with the BPP test, for an optimal understanding of the risks of uncontrolled development of biofilms, relating to the properties of the materials.

Résumé

L’objectif de cette étude était d’évaluer la promotion de la croissance microbienne pour trois matériaux, le cuivre, le C-PVC et le PEX (polyéthylène réticulé), couramment employés dans les installations intérieures de distribution d’eau. Les matériaux ont subi, au moyen d’un banc d’essai automatique, une succession de procédures de nettoyage et de désinfection, classiquement utilisées (produits, durées et concentrations) et représentatives d’une durée de vie d’une installation à problèmes de contamination (120 cycles de 6 heures).

La méthode d’essai utilisée, décrite dans le projet de norme européenne CEN TC164/WG3/AHG3 (Biomass Production Potential – BPP – Enhancement of Microbial Growth), repose sur la détermination de la concentration en biomasse active, dans la phase eau et sur le matériau, par dosage de l’adénosine tri-phosphate (ATP) microbien, ceci dans des conditions dites « semi-dynamiques ».

L’aptitude d’un matériau à contribuer au développement microbien varie en fonction de sa nature: le cuivre (11 pg ATP/cm²) et le C-PVC (35 pg ATP/cm²) apparaissent très peu promoteurs, alors que le PEX induit la plus importante concentration en biomasse active (1520 pg ATP/cm²).

Malgré une attaque superficielle et modérée de la surface des trois matériaux après les traitements successifs (cuivre: stries plus marquées, C-PVC: craquelures et très petites piqûres, PEX: phénomènes d’écaillage), il n’a pas été observé d’impact sur la formation de biofilms. Les teneurs en ATP sont proches entre le matériaux neuf et le matériau « traité »: cuivre (16 pg ATP/cm²), C-PVC (23 pg ATP/cm²) et PEX (973 pg ATP/cm²).

Cette étude ne correspond pas à un état de vieillissement du matériau dans des conditions réelles d’utilisation avec entartrage et corrosion suffisantes. Les résultats obtenus avec le test BPP pourraient être comparées avec des essais en conditions dynamiques, en pilote, afin d’appréhender au mieux les risques de développement incontrôlé du biofilm, lié aux propriétés des matériaux.