De biotische leidingnet-index: kwaliteitsbeoordeling van leidingwater

DE BIO-rISCHE LEIDINGNET-INDEX·
EEN METHODE VOOR [)E
~(WAL.ITEITSBEOORDELI NG VAN LEI DI NGWAT ER
B. JEURISSEN en H. VERMAERCKE
Vlaamse Maatschappij voor
Watervoorziening,
Gewestelijke Directie
Oost- Vlaanderen, Gent
WATER QUALITY ASSESSMENT OF TAP WATER SY MEANS
OF THE SIOTIe WATER MAIN INDEX
The Vlaamse Maatschappij voor Watervoorziening (Flemish Wa ter supplying Company) has started research since 1982 to prevent biological live in the water main. The present legislation
daesn't specify abaut sampling procedures nor the maximum
a/lowable number of olganisms have been described. For this
matter an awn method has been designed.
In arder to check the water main system, it was necessary ia create
a simpIe, practicallowcost sampling apparatus. The samples are
ta/fen in function of the inner surface af the water main. The biota
are r:;lassified into three groups : macro-. meso- and microbiota. To
SAMENVA TTING
Sedert 1982 wordt bij de Vlaam se Maatschappij voor Watervoorziening (V.M.w.) in
de provincie Oost-Vlaanderen systematisch
onderzoek verricht naar het voorkomen van
organismen in het distributienet. In de huidige wetgeving zijn noch de methode van
staal name noch het maximaal aantal toelaatbaar organismen nader gespecifieerd.
Daarom werd een eigen methode uitgewerkt.
Voor de kontrole van het distributienet werd
een eenvoudig, goedkoop en praktisch
staalnameapparaat ontworpen . De bemonstering gebeurt in funktie van het binnenoppervlak van de leidingwand. De biota worden ondergebracht in 3 groepen: macro-,
meso- en microbiota. Voor de kwantificering
van de macrobiota (macro-invertebraten)
wordt een volume water dat overeenstemt
met 100 m 2 buiswandoppervlakte gefiltreerd over een net met maaswijdte van 335
J-tm. Een afzonderlijk staal waarbij 10m 2
buiswandoppervlakte wordt bemonserd met
een fytoplankton net, is voldoende voor het
inschatten van meso- en microbiota.
De determinatie van de organismen gebeurt
tot op een praktisch haalbaar taxonomisch
niveau: de systematische eenheid (SE).
Voor de interpretatie van de bekomen kwantitatieve gegevens werd de Biotische Leidingnet-index (BU), met een puntenschaal
264
quanWv the microbiata (macro-im-ertebrates), a volume of water
corresponding to 100 m 2 is filtered through a net with a 335 fJm
mesh size. A separate sample of 10 m2 filtered through a fytoplankton net is sufficient to estimate the number of meso- and
microbiota.
Determination of organisms is found at a practically abtainab!e
faxonomicallevel ." the systematical unit. To consider the obtained
quantified data. a Siotic Water Main Index will give an evaluation
fiom 0 to 10. The calcu/ation of the index is based on the amount
and kind of organisms in funetion of occasiona/ prob/ems caused
by the explaitation af a water main system and the visua/ aspect
by the consumer.
van 0 tot 10, opgesteld. De berekening van
de index is gebaseerd op de hoeveelheid en
de aard van de organismen in functie van de
mogelijke problemen bij de exploitatie van
een drinkwaterleidingnet en de esthetische
beoordeling door de gebruiker ervan.
1. PROBLEEMSTELLING
Reeds geruime tijd - bijna drie kwart eeuw
- is bekend dat organismen kunnen leven in
het waterleidingnet. Dit wordt bij staal name
op het leidingnet regelmatig bevestigd. Het
distributienet volledig vrij van organismen
houden blijkt voor de meeste waterleidingbedrijven een zeer moeilijke zon iet een onmogelijke opdracht. Vooral de aanwezigheid van Asellus stelt veel problemen (VAN
DER WERFF, 1941, 1946, 1947; VAN
HEUSDEN, 1948; LOUWE KOOIJMANS,
1966 a en b; SMALLS & GREAVES, 1968;
MEHEUS, 1978; MEHEUS & MERCKX,
1978). Uitgebreide onderzoeksprogramma's werden reeds uitgevoerd (ANONIEM,
1951, 1981 a en b) en de fysische of chemische bestrijding ervan verloopt niet altijd
even vlot.
Tot op heden is niet afdoend bewezen dat
organismen die leven in het distributienet bakteriën en virussen uitgezonderd - schadelijk zouden zijn voor de gezondheid (LOU-
WE KOOIJMANS, 1966 a en b; ZWAAGSTRA, 1982). Toch is enige voorzichtigheid
niet ongegrond. CHANG (1959, 1960) toonde immers aan dat Nematoden bescherming tegen chlorering kunnen bieden aan
bakteriën zoals Shigella en Sa/monella. Deze resultaten werden bevestigd door SMERDA et al. (1971) . Volgens LEVY et al. (1986)
zijn invertebraten zoals Amphipoda, Copepoda, Nematoda en vliegenlarven mogelijk
van betekenis voor de volksgezondheid omdat ze potentieel pathogene bakteriën kunnen herbergen. Deze bakteriën worden omwille van hun associatie met invertebraten
beschermd tegen de gebruikelijke desinfektie met chloor of monochloramine. Ondanks
het feit dat er een reële mogelijkheid bestaat
dat hogervermelde waarnemingen zich zouden kunnen voordoen is het niet erg waarschijnlijk dat er een direkt gevaar is voor de
volksgezondheid. Aldus stelt zich de vraag
of er niet enige, zij het in beperkte vorm van
biologisch leven in het leidingnet mag worden toegelaten.
De huidige wetgeving (Besluit van de
Vlaamse Executieve van 15 maart 1989)
inzake de kwaliteit van leidingwater blijft op
dit punt erg vaag. Ten opzichte van het
Koninklijk Besluit van 24.6.65 en het Koninklijk Besluit van 27.4.84 is er op dit gebied weinig verduidelijking. Zo mag volgens
de huidige wetgeving het leidingwater geen
Water nr. 55 - november/december 1990
pathogene organismen bevatten en 'verdient het aanbeveling een onderzoek te verrichten naar: algen, kleine dierlijke organismen, faecale bakteriofagen en ziektekiemen'. Bovendien wordt er niet duidelijk gespecifieerd hoe de bemonstering en de interpretatie van de resultaten dient te gebeuren.
Gezien er dus geen normen zijn voor wat
betreft het maximaal toelaatbare aantal individuen per diergroep is een beoordeling van
en vergelijking tussen verscheidene leidingwaters op basis van hun biologische kwaliteit momenteel vrij moeilijk. Het beheer van
een leidingnet op basis van normen voor elk
organisme afzonderlijk lijkt ons bovendien
niet aangewezen. Er is nood aan een eenvoudig werkinstrument om op een objectieve, eenvoudige en uniforme wijze de ekologische toestand waarin een bepaald leidingnet zich bevindt te evalueren . Dit is wel
mogelijk indien gebruik gemaakt wordt van
een eind beoordeling die alle biologische gegevens samenvat in één index : een biotische index zoals deze die gebruikt wordt
voor de beoordeling van stromende wateren
(DE PAUW & VAN HOOREN, 1983, VAN
HOOREN et al. 1982). In tegenstelling tot
bakteriologische en chemische analysen
met een punctueel karakter, integreert zo'n
index de gevolgen van de manipulatie van
het leidingnet over een min of meer lange
periode voorafgaand aan de bemonstering .
Een dergelijke index voor de beoordeling
van de biota van een leidingnet is momenteel, voor zover ons bekend, echter niet
voorhanden . In deze situatie wordt een methode beschreven voor de bemonstering,
het onderzoek en de evaluatie van de biota
in het leidingnet met behulp van de biotische leidingnetindex (BLI). De hier voorgestelde methode is thans in gebruik bij de
VMW sedert 1983. Ze is gesteund op het
onderzoek
van
benthische
macroinvertebraten, meiobenthos, fyto- en zooplankton dat kan worden aangetroffen in het
leidingwater bij bemonstering via een
brandkraan. De methode werd uitgewerkt
en getest op basis van een paar honderd
stalen in het ambtsgebied van de VMW in de
provincie Oost-Vlaanderen, waar een verscheidenheid aan drinkwater van verschillende oorsprong (grondwater en oppervlaktewater) gedistribueerd wordt.
het microbenthos, het fytoplankton en het
zooplankton .
Drinkwater is a.h.W. een woestijn op het
gebied van voedselaanbod. Een zeer geringe toename hiervan door een verhoogd gehalte aan assimileerbare organische stoffen
(o.a. meetbaar als AOC (VAN DER KOOIJ,
1979, 1982) of de aanvoer van algen en
zooplankton via de waterbehandeling kunnen aanleiding geven tot nagroeiproblemen
in het leidingnet waardoor de weg open is
voor de uitbouw van een volledige voedselketen.
Bakteriën worden gegeten door allerlei organismen die een grazende leefwijze hebben (te vergelijken met herbivoren in een
terrestrisch ecosysteem). Zo kunnen Protozoa, Rotatoria, Nematoda, Oligochaeta,
Diptera, Isopoda, ... zich voeden met de
slijmlaag, die door bakteriën op de leidingwand gevormd werd. AI deze organismen
dienen zelf als voedsel voor hun eigen soortgenoten of voor andere organismen die op
een hoger niveau staan in de voedselketen .
De voorkomende biota in een leidingnet zijn
de resultante van allerlei fysisch-chemische
variabelen . Organismen kunnen zich
slechts met succes in een distributienet
handhaven als alle voor hun levenswijze
noodzakelijke voorwaarden vervuld zijn.
Hierbij kan een onderscheid gemaakt worden tussen organismen die alle stadia van
Fig. 1: Het leidingnet als ecosysteem, gebaseerd op gegevens van het biologisch ondelzL'ek In de
provincie 005t- Vlaanderen binnen het ambtsgebied van de VMW (1982-1986) (figuren van organtsmen
uit : ENGELHARDT. 1977 an STREBLE & KRAUTER, 1981).
r - -- - - - - - B I O T i C u M - - - - - - - - - . . - ,
2. TOEPASSINGSGEBIED
2.1. Organismen in het leidingnet
Om praktische redenen (zie verder) worden
de organismen onderverdeeld in macro-,
meso- en microbiota.
De macrobiota bestaan uit kleine (> 500
j.tm) aquatische macro-invertebraten die
zich vrij in het water kunnen verplaatsen
zoals larven en imago's van insekten, kreeftjes, wormen .... Roeipootkreeftjes (Copepoda), watervlooien (Cladocera) en nematoden (Nematoda) werden ondergebracht in
de groep van de mesobiota, enkel zichtbaar
met behulp van een kleine lens of een stereoscoop met een vergroting tot 50 x . De
microbiota (enkel met het microscoop waarneembaar) worden vertegenwoordigd door
al de overige organismen die behoren tot
Water nr. 55 - november/december 1990
-I ;-_ ..-·--~~C~ci~E:;~I:,~~Ss:::~;:···-~·-·-·---·-··-!
!·-·~··~~-~-~:·;.gdj1;~~~eL::~:~;8~,~/~~~~;,~-:Ofi'e."
J__ _
._ . (~::/:J_e!o0·t
:.': rdt~-t :!/?E..=.~:05g _ .
.J L
iJirJ/OÇJI.S:~. :::. ~M{ftJ8! I.;l{ _ntj [ ~~~:..!::...~:_~~
~--------ABIOTICUM-------_...
265
de waterbehandeling hebben overleefd,
tenslotte in het leidingnet terechtkomen en
daar trachten te overleven en organismen,
die na een toevallige introduktie (breuken,
werken, hydroforen (!) ... ) zich perfekt aan
het leidingnetleven weten aan te passen en
er een volledige ontwikkelingscyclus kennen.
Ase/lus aquaticus is al zo'n halve eeuw bekend als beruchte leidingnetbewoner. Omwille van haar uitstekende aanpassing aan
leidingnetomstandigheden en haar moeilijke verwijderbaarheid heeft men al veel onderzoek verricht specifiek ter voorkoming
en/of bestrijding ervan. Verscheidene auteurs maakten een inventaris van de organismen die het biologisch leven in het leidingnet vertegenwoordigen. Vermeldenswaard zijn LOUWE KOOIJMANS (1966 b)
en SMALLS & GREAVES (1986).
Op grond van eigen waarnemingen kwamen we eveneens tot een idee van het organismenbestand in ons waterleidingnet (figuur 1). Uiteraard betekent dit niet dat geen
andere diergroepen zouden kunnen voorkomen.
Biologisch bekeken kan het leidingnet opgevat worden als een typisch ecosysteem
bestaande uit een bioticum en een abioticum (figuur 1). Immers volgens de definitie
van ODUM (1971) kan onder een ecosysteem worden begrepen 'Elke eenheid die
alle organismen (d.i. een gemeenschap) bevat die met het fysisch milieu in een bepaald
gebied zodanig interageren dat de doorstroming van energie leidt tot een wel afgebakende trofische struktuur, biologische diversiteit en materiaal cycli (d.w.z. een uitwisseling van componenten tussen levende en
niet-levende delen)'.
In het bioticum kunnen volgende trofische
niveau's worden onderscheiden: producenten, consumenten en reducenten. De biocoenose bestaat uit een ingewikkeld netwerk van onderlinge relaties die kunnen
worden weergegeven in een voedselweb.
De pijlen geven aan hoe de energiedoorstroming in dit ecosysteem geschiedt. (Er is
in deze figuur geopteerd voor een vereenvoudigde voorstelling). Enkel de meest belangrijke relaties werden vermeld.
2.2. Keuze van monsternamepunten
Bij het opstellen van een degelijk onderzoeksprogramma voor de inventarisatie van
de biota in het leidingnet hebben we ons
laten leiden door volgende vier overwegingen:
1) Een leidingnet kan worden onderverdeeld in leidingen die in een kring lopen,
eindpunten, doorlopende leidingen met
zijvertakkingen en toevoerleidingen. De
staalname op toevoerleidingen maakt
geen deel uit van dit onderwerp. Voor het
verkrijgen van een representatief beeld
dienen de stalen op hogervermelde leidingnettypes over het gehele gebied gelijkmatig gespreid genomen te worden.
2) Bij de keuze van een staalnamepunt
moet rekening gehouden worden met het
266
Figuur 2 . Monstemamevoorwaarden voor bemonstering van macrobiota (macro-invertebraten) In het
leidingnet.
tijd voor 100 I (s)
•
20
1 5
.!IJ-
0,5
-0- 1
1 0
mis (s)
mis (s)
···1,5 mis (s)
5
o
o
50
100
150
200
feit dat het distributienet meestal opgebouwd is uit leidingen van verschillend
materiaal. Plannen waarop de aard van
de leidingen is aangeduid, zijn daarom
onontbeerlijk.
3) Een bijkomende moeilijkheid bij het kie-
zen van geschikte monsternamepunten
is dat er dermate veel onderlinge verbindingen tussen de leidingen bestaan dat
men niet altijd met zekerheid kan zeggen
uit welke richting het water komt toegestroomd. Indien men een welbepaalde
leiding wenst te onderzoeken moet het
water in een bepaalde richting gestuurd
worden door manipulatie van afsluiters.
Deze handelswijze is echter niet aan te
bevelen voor routinekontroles omdat het
bedienen van afsluiters nefaste gevolgen
kan hebben voor de drinkwaterdistributie. Zo kan onder meer de dienstdruk op
bepaalde plaatsen plots sterk toenemen
of afnemen en bestaat de mogelijkheid
dat de waterdistributie tijdelijk onderbroken is. Breuken op het leidingnet zijn
eveneens niet denkbeeldig. Bij routinekontroles zal dan ook geen gebruik worden gemaakt van dergelijke opgelegde
artificiële stroomrichting van het water
maar zal men een staalnamepunt kiezen
op een paar honderd meter afstand van
de eerstvolgende verbinding in funktie
van de leidingnetdiameter.
4) De te bemonsteren leiding mag maximaal een diameter van 150 mm hebben
omdat de stroomsnelheid die kan worden opgewekt in een leiding met een nog
grotere diameter ontoereikend is om een
min of meer kwantitatief beeld van de
biota in het leidingnet te bekomen (figuur
2). Sommige organismen zoals Ase/lus
bijvoorbeeld laten zich moeilijk met de
waterstroming meevoeren indien de
snelheid onvoldoende groot is. Een te
lage stroomsnelheid van het te bemonsteren water levert aldus een verkeerd
beeld van het organismenbestand in een
leiding omdat de meeste benthische
aquatische organismen thigmotactisch
zijn d.W.Z. de neiging hebben om zich
tegen het substraat te drukken .
:'.5.0
300 diameter
(mm)
3. PRINCIPE VMI DE METHODE
Gezien de verschillende stroomsnelheid
van leidingwater in distributieleidingen en
binnenhuisinstallaties, is gebleken dat organismen door de verbruiker pas dan kunnen
worden waargenomen, wanneer het biologisch leven in de distributie leidingen een
bepaalde omvang heeft bereikt. Daarom is
het aangewezen stalen voor biologisch onderzoek rechtstreeks op het distributienet en niet bij de verbruiker zelf - te nemen
teneinde een preventief beleid te kunnen
voeren en niet te wachten tot er zich klachten vanwege de abonnees voordoen.
De bepaling van de Biotische Leidingnetindex (BLI) gebeurt in vier stappen:
1) de bemonstering van macrobiota;
2) de bemonstering van meso- en microbiota;
3) het sorteren en het determineren van de
bemonsterde organismen tot het taxonomisch niveau noodzakelijk voor de berekening van de BLI;
4) de bepaling van de BLI met behulp van
een tabel, waarin het aantal individuen
en de beoordeling van het organisme
inzake leidingnetbeheer samen worden
gebundeld tot één score (tabel 1 (volgende blz.), zie verder punt 7.2).
Het aantal individuen uitgedrukt als aantal
per m3 gespuid water weergegeven is volgens LOUWE KOOIJMANS, 1966 niet zinvol omdat de organismen zeker niet regelmatig over het watervolume verspreid zijn
en het aantal individuen eerder gecorreleerd is met het buiswandoppervlak; daarom worden de gegevens beter uitgedrukt
per m2 .
De aard van de te bemonsteren organismen
maakt een gescheiden onderzoek, enerzijds gericht op de bemonstering van mesoen microbiota en anderzijds specifiek gericht op macro- invertebraten noodzakelijk
(ANONIEM, 1951; LOUWE KOOIJMANS,
1966 a en b; ANONIEM 1981 a en b). Voor
de macrobiota wordt geopteerd voor een
bemonstering van 100 m2 buiswandoppervlak; voor de overige organismen daarentegen is, gezien de geringere afmetingen en
hun geringere weerstand tegen de water-
Water nr. 55 - november/december 1990
Tabel 1; Tabel voor de bepaling van de Biotische Leidingnet-index (BLI)
Groep
«
I-
0
ca
0
cr:
Ü
«
Systematische
Eenheid (SE)
Aantal individuen
per m 2 per SE
o < x < 0.01
I Diptera
Hirudinea
I
j
Hydracarina
Isopoda
MoHusca
Oligochaeta
Turbellaria
0,01 s: x < 0,05
~
j5
Cladocera
Copepoda
Nematoda
0
ca
0
U)
Klasse
j
!
I Score
P
+
1
,
2
0,05 s: x < 0.50
++
3
0,50 s: x
+++
4
o < x < 10
P
0
10 ::;; x < 50
+
1
50 s: x < 500
++
2
500 :$ X
+++
3
w
::2:
(maaswijdte: 335 fLm) voor macro-invertebraten, een planktonnet (maaswijdte: 28
fLm) en een standpijp met grote diameter
(figuur 3), emmers afsluitbaar met een deksel of andere plastieken recipiënten (inhoud: ± 5 I), plastieken flesjes van 100 mi,
vooraf voorzien van 5 mi formaldehyde, verzadigde waterige oplossing ongeveer 40%
(VN), laarzen, chronometer, middelen voor
verkeerssignalisatie, formulieren en detailplannen.
- Voor analyse:
Waterstraalzuigpomp met filtreereenheid,
filter of zeef (maaswijdte maximaal 300 fLm),
apparaat voor het nemen van deelstalen,
pincetten, petrischaaltjes, dissectienaaIden, glazen pillenflesjes. stereoscopisch
microscoop (macroscopie) en een omgekeerd microscoop (microscopie; bij gebrek aan een omgekeerd microscoop kan
men zich behelpen met een gewoon microscoop en een 'nano counting slide'-telkamer of een Kolkwitz-telkamer), gedenatureerde alcohol van 70% (VN), determinatiewerken.
5. BEMONSTERING VAN MACROBIOTA
«
I0
ca
cr:
0
Ü
o < x < 10
P
°
10 s: x < 100
+
0
100 s: x < 1000
++
1
1000 s: x
+++
2
Gast rotrich a
Ostracoda
Rotatoria
Rhizopoda
Tard ig rad a
Ferrobacteria
Fytoplankton
::2:
Werkwijze
1) Determineer het organisme lot op het niveau van de SE
2) Tel het aantal individudn per SE
3) Bepaal de score. voor dikt: SE afzonderlijk
overeenkomstig de groep waartoe de SE behoort
4) BU = 10 - I: (alle scores)
5.1. Apparatuur
Het apparaat voor biologisch onderzoek van
het leidingnet (figuur 3) is geïnspireerd op
het apparaat van de Duinwaterleiding 's
Gravenhage gepubliceerd door LOUWE
KOOIJMANS (1966 a en b). De motieven
voor een gewijzigde vormgeving zijn van
algemeen praktische en technische aard:
- eenvoudige, degelijke konstruktie van
goedkoop materiaal dat gemakkelijk in de
handel verkrijgbaar is;
- ergonomisch verantwoord: kompakt, licht
(aluminium groot-formaat-standpijp met
een binnendiameter van 80 mm, PVCmateriaal) en gemakkelijk (de-)monteerbaar (snelkoppelingen);
- gemakkelijk aanpasbaar: roteerbaar over
360 0 en verstelbaar in de hoogte.
5.2 Staalname
stroming, een hoeveelheid van 10m 2 voldoende. De eindbeoordeling integreert deze twee afzonderlijke staalnames. De resultaten van beide bemonsteringen worden
vertaald in een globaal cijfer van 0 tot 10:
de BU. Het is deze laatste waarde, meer
bepaald een vooropgestelde grenswaarde
van de BU die als criterium kan worden
gehanteerd inzake het beheer van een leidingnet.
.
Voorzorgsmaatregelen:
- gebruik van aangepaste verkeerssignalisatie (verkeerskegels, knipperlicht e.d.)
- vermijden van gevaarlijke staal nameplaatsen (bijvoorbeeld direkt na een
bocht)
- geen staal name bij vorst (slipgevaar)
- geen hinder veroorzaken voor de plaatselijke bewoners door wateroverlast
- vermijden van verontreiniging van het leidingnet door het insluiseffekt : hiertoe
moeten de afsluiter(s) van de standpijp
geopend worden voor men de brandkraan
opendraait; indien men deze maatregel
Water nr. 55 - november/december 1990
veronachtzaamt bestaat het risiko dat organismen en materiaal vanuit de straatpot
van de brandkraan in het leidingnet terecht komen (UEBMAN, 1959; WETZEL,
1969; HOOGEBOOM, 1979)
- vermijden dat het materiaal uit het opzetstuk van de brandkraan in het monster
terechtkomt: de ervaring leert dat indien
de te gebruiken standpijp twee uitstroomopeningen heeft beide afsluiters tijdens de
spoel beurt gelijktijdig moeten geopend
zijn; zoniet zullen er zich in het niet-geopende gedeelte verontreinigingen ophopen, die bij analyse achteraf ten onrechte
worden aanzien als materiaal dat in het
leidingnet voorkomt
- door langzaam sluiten van afsluiters op de
standpijp plotse drukgolven in het leidingnet vermijden.
4. MATERIALEN
- Voor staal name :
Apparaat voor bemonstering van het leidingnet bestaande uit een zeefeenheid
Om een oppervlak ter grootte van 100 m2 te
bemonsteren moet rekening gehouden worden met de diameter van de leiding. Zo zal
bij een binnendiametervan 80 mm een volume van 2000 I moeten gefiltreerd worden.
Dit variabel volume komt ongeveer overeen
met de bevindingen van SMALLS en GREAVES (1968). MEHEUS (1978) is voorstander
van een volume van 5000 I. Genoemde onderzoekers geven de voorkeur aan een
staal van vast volume. Om praktische redenen wordt het volume water gemeten met
een volumetrisch werkende debietmeter (type AQUACOM 501 PR). Voor de eigenlijke
staal name wordt de tijd gechronometreerd
die nodig is om 100 I door de meter te laten
stromen. Hieruit wordt daarna de filtratietijd
berekend (figuur 2). De meetfout met als
oorzaak het ladingsverlies veroorzaakt door
het telmechanisme wordt als verwaarloosbaar beschouwd. Het in funktie van de diameter van de leiding benodigde volume water wordt daarna afgetapt zonder tussenschakeling van de meter (omdat de ingebouwde zeef de organismen immers zou
267
Fig. 3 - Apparatuur voor bemonstering van de biota in het leidingnet.
tooi afgespoeld. (Indien gewenst kunnen de
organismen ter plaatse met formol gefixeerd worden). Bij aankomst in het labo
worden de normaal gezien niet-gefixeerdestalen belucht en de daaropvolgende dag
onderzocht. De afwezigheid van formol is
aangenamer en gezonder voor de onderzoeker. Bovendien zijn levende organismen
gemakkelijker op naam te brengen en te
tellen dan gefixeerde.
5.3. Verwe,'king van de stalen
/ './'~
",.-'"
..........~. /-'
~·ett;ng
m acrO-in ve rl ebratt3n r. et
(rn3aSWI!d:e,335pl? ~J
I
I
; I
;~: ; ; ; -;-"'/.7!i!_:~ ~ tJ
~I
I
I
I
I
I
,~
/.
'---------~y---------- --------------~y~---------------1I008 BEA.10NSTERf/VG I;:AN
V0 0 8 BfivJON S7ER/NG VA N
fiAE::;C; -EN 1!-1/CROBfOTA
/v'iACRCiBIOTA
Ma C: j·o~:rlvert/;)braM n
tegenhouden). Indien het apparaat de hoevee lheid water niet kan verwerken omwille
van het te grote debiet (in de onmiddellijke
omgeving van een watertoren bijvoorbeeld)
sluit men de brandkraan gedeeltelijk en
doet men de meting over.
Naast het benodigd volume leidingwater dat
moet bemonsterd worden, is de snelheid
waarmee dit door de leiding stroomt een
tweede zeer belangrijke parameter. Een
reëel beeld van het macro-invertebraten bestand kan pas dan bekomen worden wanneer de snelheid die bij staal name kan opgewekt worden voldoende groot is. In de
literatuur beveelt men snelheden aan tussen 0,5 en 2 mIs (ANONIEM, 1951; MEHEUS, 1978; ANONIEM, 1981 a en b;
ZWAAGSTRA, 1982). Het probleem met deze variabele is dat ze enkel kan worden
verlaagd. Naar SMALLS & GREAVES
268
(1968) wordt steeds getracht het staal te
nemen bij de hoogst mogelijke snelheid,
dus ook bij het grootste debiet. Hoe hoger
de snelheid, hoe dichter het aantal getelde
individuen het reëel aanwezige aantal benadert. In figuur 2 is aangegeven hoe groot het
debiet minimaal moet zijn om aan de gestelde voorwaarde te kunnen voldoen (het gebruik van een standpijp met een grote binnendiameter is hiervoor absoluut noodzakelijk).
Om bijvoorbeeld een representatief staal te
nemen op een leiding met een diameter van
80 mm moet minstens een debiet van ± 5
lIs gehandhaafd worden.
Na staal name wordt het net op het statief
geplaatst en het monster afgetapt in een
plastieken emmertje. Het net wordt daarna
van buiten naar binnen met een waterpis-
Het staal in de emmer dient verder te worden geconcentreerd tot een hoeveelheid,
welke kan worden onderzocht in één of
meerdere petriplaten met behulp van een
stereoscopisch microscoop. Hiertoe wordt
het staal gefiltreerd over één of meerdere
GF-filters met behulp van een waterstraalzuigpomp. Deze filters worden overgebracht in petriplaten met een ruitjesverdeling en er wordt water toegevoegd zodat de
organismen de kans krijgen te bewegen. De
aanwezige macro-invertebraten (de macrobiota) worden gedetermineerd en geteld.
Indien het aantal te tellen organismen te
groot is moet men een representatief deelstaal nemen. PERSOONE (1972) ontwikkelde hiervoor een eenvoudige methode die in
een enigszins gewijzigde vorm door ons
wordt toegepast: het geconcentreerde staal
wordt hiertoe in een erlenmeyer gebracht en
aangelengd tot een volume van bijvoorbeeld 500 mI. Hierop plaatst men een geperforeerde rubberen stop met daarin een automatische pipet die tot 5 mi water kan opzuigen. Na krachtig manueel schudden in
alle richtingen (niet roeren) laat men de pipet, precies op het ogenblik dat het materiaal in het staal homogeen verdeeld is, een
vast volume opzuigen.
Voor de bepaling van de Biotische Leidingnet-index is het voldoende de determinatie
uit te voeren tot op het niveau van de taxonomische groepen vermeld in tabel 1 (tweede kolom). Deze determinatieniveau's noemen we systematische eenheden (SE).
Teneinde maximale informatie uit het staal
te bekomen, worden tevens de aard en de
hoeveelheid niet-biologisch materiaal dat uit
de leiding vrijgekomen is genoteerd. Als extra variabele die een idee geeft over de
verontreinigingsgraad van een leiding wordt
het staal hierna gedroogd in de droogstoof.
De droogrest wordt uitgedrukt in mg/m 2 .
6. BEMONSTERING
MICROBIOTA
VAN
MESO-
EN
6.1. Apparatuur
In het linker gedeelte van figuur 3 & 4 is de
werkwijze voor bemonstering van meso- en
microbiota voorgesteld. De organismen
worden opgevangen in een planktonnet van
polyamide met een maaswijdte van 28 ",m.
Het bemonsterd volume wordt afgelezen op
een volumetrische debietmeter.
6.2. Monstername
Analoog aan de bemonstering van de ma-
Water nr. 55 - november/december 1990
schappen gedetermineerd tot op een haalbaar niveau. Met dergelijke systemen zijn
ook niet-specialisten in staat een betrouwbare bruikbare eind konklusie in de vorm van
een biotische index te bekomen. Naast de
reproduceerbaarheid heeft het gebruik van
dergelijke indices het voordeel ook zonder
biologische voorkennis direkt begrijpbaar te
zijn . De biologische informatie kan ook gemakkelijk op kaarten gevisualiseerd worden
m.b.v. kleuren . De Belgische Biotische Index (BBl) (DE PAUWen VAN HOOREN,
1983; VAN HOOREN et al. 1982) is hiervan
een geslaagd voorbeeld. Voornoemde methode is thans een gestandaardizeerde Belgische vorm (NBN- T92-402). Met deze methode werd de waterkwaliteit van alle waterlopen in België (meer dan 30000 km) in
kaart gebracht (LAFONTAINE et al. 1979;
VAN HOOREN, 1986).
7.2. Bepaling van de biotische leidingnetindex
Fig. 4; Opstelling van de apparatuur voor biologische staalname op het net.
crobiota wordt een volume water gefiltreerd
dat overeenkomt met een bepaalde buiswandoppervlakte. Aangenomen wordt dat
een bemonsterd oppervlak van 10m 2 een
representatief beeld geeft van het aanwezige organismenbestand. Voor een leiding
met een diameter van 80 mm wordt 200 I
gefiltreerd.
Bovendien wordt verondersteld dat de snelheid tijdens de monstername van ondergeschikt belang is gezien deze organismen
zich van nature weinig of niet tegen de waterstroming kunnen verzetten. In tegenstelling tot de bemonstering van macrobiota
heeft de in de meter ingebouwde zeef geen
invloed op de resultaten van de staal name.
De mazen zijn immers groot genoeg om de
meso- en macrobiota ongehinderd door te
laten, terwijl grover materiaal zoals stukjes
asfalt, kalkschilfers, steentjes .. . worden tegengehouden.
Na de staal name wordt het monster opgevangen in een plastieken beker waaraan
vooraf formol werd toegevoegd ten einde de
organismen te fixeren. Levend determineren wordt niet aangeraden.
6.3. Verwerking van de stalen
De stalen genomen voor microscopisch onderzoek bevatten in het algemeen meer of
minder grove deeltjes die de telling kunnen
bemoeilijken in klassieke tel kamers zoals
die van Nageotte of van Bürker. Bij gebrek
aan een omgekeerd microskoop kan men
zich behelpen met telkamers zoals de 'nano
counting slide' (inhoud 100 /LI) , de Kolkwitztelkamer en de Sedgwick-Rafter tel kamer (1
mi) (STANDARD METHODS, 1971). Deze
laatste verdient de voorkeur omwille van zijn
rechthoekige vorm en relatief geringe laagdikte. De determinatie gebeurt tot op het
niveau van de systematische eenheid (tabel 1).
Water nr. 55 - november/december 1990
7. VERWERKING VAN DE KWANTITATIEVE GEGEVENS VAN DE BIOLOGISCHE STAALNAME
7.1. Biologische systemen voor waterkwaliteitsbeoordeling
Waterkwaliteitsindices op basis van biologisch onderzoek worden reeds sedert meer
dan een eeuw toegepast voor de beoordeling van oppervlaktewater waaronder meren
en stromende wateren. PERSOONE en DE
PAUW (1979) en WASHINGTON (1984) geven een uitgebreid overzicht van de gangbare methoden voor biologische waterkwaliteitsbeoordeling . Voor het opstellen van indices wordt zowel gebruik gemaakt van microscopisch kleine organismen zoals eencelligen als van grotere organismen zoals
macro-invertebraten . De ontwikkelde methoden zijn vooral gebaseerd op het voorkomen van indikatororganismen. Met behulp
van formules en tabellen wordt deze informatie dan vertaald in een eenvoudig cijfergegeven (index), dat een algemeen oordeel
geeft over de waterkwaliteit. Deze systemen
vinden hun ontstaan in de idee dat bij verontreiniging van het water er zich veranderingen voordoen in de biologische gemeenschappen. Bij toenemende verontreiniging
van een waterloop stelt men gewoonlijk
enerzijds een vermindering vast van het
aantal soorten, m.a.w. een afname van de
diversiteit terwijl anderzijds het aantal individuen van de soorten die kunnen overleven
(sterk) kan toenemen .
Voor de beoordeling van de biologische waterkwaliteit werd vroeger meer gebruik gemaakt van micro-organismen aanwezig in
het plankton. Microscopisch onderzoek en
een juiste determinatie tot op de soort waren
daarbij onontbeerlijk. Omdat dit soort werk
was weggelegd voor specialisten kenden
die systemen maar weinig gebruikers. Vandaar dat de wens bestond over te gaan naar
beoordelingssystemen, die gebruik maken
van grotere organismen zoals macro-invertebraten behorende tot de bodemgemeen-
De bepaling van de biotische leidingnetindex gebeurt aan de hand van tabel 1. Deze
heeft een dubbele ingang nl. de systematische eenheid (SE) en het aantal individuen
per SE (uitgedrukt als aantal individuen per
m 2 ).
De waargenomen organismen worden op
basis van grootte en belang inzake de drinkwaterdistributie onderverdeeld in drie groepen: macrobiota, mesobiota en microbiata
(eerste kolom). De systematische eenheden
zijn vermeld in de tweede kolom. De eventueel aangetroffen niet-aquatische organismen komen niet in aanmerking omdat ze
niet tot het 'normale ecosysteem' behoren
maar eerder toevallig tijdens de bemonstering in het staal kunnen terechtkomen (mieren bijvoorbeeld). Het is de bedoeling dat de
telresultaten van deze drie groepen als één
geheel beschouwd en beoordeeld worden.
In de derde kolom wordt het aantal individuen per SE ondergebracht in één van de vier
klassen . De klassegrenzen verschillen al
naargelang de taxonomische groepen (macro-, meso- en microbiota). Voor de bepaling van het belang van de onderlinge verhoudingen tussen het aantal individuen per systematische eenheid werd uitgegaan van het
principe, dat in een voedselketen nagenoeg
90% aan energie als warmte verloren gaat
indien een organisme als voedsel dient voor
een ander. Hieruit volgt dat een klein aantal
predatoren gelijkwaardige informatie geeft
als een zeer groot aantal prooidieren.
De klasse in de vierde kolom geeft een
interpretatie van de bekomen telresultaten :
p = af en toe, + = weinig, + + = regelmatig, + + + = zeer veel. (Dit is o.a. zeer
bruikbaar voor het opstellen van verspreidingskaartjes). Het aantal dat met + + +
overeenstemt kan worden beschouwd als
een norm inzake het maximaal toelaatbaar
aantal individuen voor deze groep van organismen.
In de vijfde kolom wordt in funktie van het
beheer van het leidingnet een score toegerekend per grootteklasse. Naargelang de
taxonomische groep bestaat er een verschillende graad van negatieve appreciatie.
Hoe hoger de score hoe minder het organisme gewenst is.
269
Fig. 5 : Plan van een fiktief leidingnet met aanduiding van staalnameplaatsen en de Biotische
Leidingnet-index (schaal 1/2500)
kaart in figuur 5 duidelijk en zouden bijvoorbeeld volgende konklusies getrokken kunnen worden: de doorlopende leidingen (SLI
= 7) met voldoende verversing van water
zijn niet aan onderhoud toe; ook enkele
eindpunten (SLI = 9 of 10), meestal opgenomen in een spoelprogramma, herbergen
niet veel organismen. Sommige leidingen
waar de doorstroming onvoldoende is en
waar het water stagneert of in een kring
loopt, fungeren als 'vuilbak' en organismen
vinden er een geschikte voedingsbodem,
vandaar de lage waarden voor de SLI in
kringen met dwarsverbindingen of kringen
die moeilijk kunnen gespoeld worden . (SLI
= 0-5)
Een kleine waarschuwing voor hoge indices
bekomen bij staalname op toevoerleidingen
(bijvoorbeeld SLI = 10 bovenaan in figuur
5). Misschien is het resultaat niet representatief door te lage snelheid tijdens de bemonstering, met weinig organismen en een
hoge index als gevolg . Alle stalen met een
SLI lager dan 5 moeten nader onderzocht
worden op waterverversing, stromingspatroon, spoelprogramma of andere gebreken
van het net. Ook moet worden onderzocht
of er een eventuele oorzaak is voor een
continue of diskontinue aanvoer van organismen naar het net, door bv. hydroforen.
De berekening van de SLI geschiedt door
het in mindering brengen van de scores die
per SE bekomen worden. Indien de som van
de scores groter is dan 10 en de SLI aldus
kleiner dan 0 zou zijn, blijft de eindbeoordeling niettemin gelijk aan nul. Een negatieve
waarde voor de SLI is niet voorzien. De
waarde 0 stelt de slechtste toestand voor,
terwijl 10 de ideale situatie weergeeft .
7.3. Interpretatie van de biotische leidingnet-index
In figuur 5 zijn enkele resultaten opgenomen van bepalingen van de SLI zoals in
werkelijkheid. Zo werd ondermeer een SU
met waarde 4 berekend (op basis van een
monstername in één van de kringen van het
distributienet) uitgaande van het lijstje organismen dat is opgenomen in tabel 2.
Uit tabel 2 kan worden afgeleid dat de waarde 4 (eventueel in oranje weergegeven op
kaart) overeenstemt met een redelijk slech-
270
te 'waterkwaliteit' en dat maatregelen gewenst zijn om het organismenbestand in dit
gedeelte van het net te verminderen.
Met deze tabel 3 voor ogen wordt de interpretatie van het biologisch onderzoek op de
Indien de SLI ondanks sanering laag blijft,
betekent dit dat het beheer van het leidingnet of de drinkwaterproduktie ergens heeft
gefaald. Een continue aanvoer van voedsel
(merkbaar aan het verhoogd AOC-gehalte)
of een met nutriënten verrijkt stagnerend
water kan in leidingnetten aan de basis liggen van een jong dynamisch ecosysteem.
Indien de SLI groter dan 5 is, mag de toestand in het leidingnet als normaal worden
beschouwd en zullen er geen klachten van
abonnees zijn.
De SLI houdt dus een beoordeling in van de
(esthetische) kwaliteit van het leidingwater.
In geen geval mag men de SLI beschouwen
als een parameter die de drinkbaarheid (geschiktheid voor menselijke consumptie) beoordeelt. Immers uit de tabel voor bepaling
van de SLI kan worden afgeleid dat deze
geen beoordeling is van de drinkbaarheid
van leidingwater, maar wel een uitspraak
doet omtrent de ecologische toestand waarin een leiding zich op het moment van staalname bevindt en waarvan het aantal en de
diversiteit van de waargenomen organismen een weerspiegeling is. Als het gevolg
Tabel 2 : Voorbeeld van de bepaling van de Biotische Leidingnet-index: na combinatie van de telresultaten van de twee afzonderlijke stalen wordt voor elke systematische eenheid de overeenkomstige score
opgezocht in tabel voor de bepaling van de BLI (tabel 1) en wordt de index berekend aan de hand van
de formule. De som van de scores is 6, dus de BLI = 10- 6 = 4.
Groep
Systematische
Eenheid (SE)
Aantai individuen
per m2 per SE
Klasse
Score
Macrobiota
Diptera
Isopoda
0.01
0.14
p
++
1
3
Mesobiota
Cladocera
12
+
1
Microbiota
Gastrotricha
Rotatoria
Fytoplankton
9
280
0,05
+
++
0
p
0
1
Water nr. 55 - november/december 1990
Tabel 3: Interpretatie van de Biotische leidingnetindex
all
KLEURENCOCE
10-9
8-7
blauw
groen
geel
oranje
rood
zwart
6-5
4-3
1-2
0
! WATERKWALITEIT
I goed
zeer goed
I redelijk goed
redelijk slecht
I slecht
van het feit dat de manier waarop de stalen
moeten genomen worden een compromis is
tussen praktische en wetenschappelijke
handelswijzen, is het getelde aantal individuen geen exacte weergave van het bestand dat in een leiding voorkomt.
Omdat de BLI de kwaliteit en de kwantiteit
van de biologische gemeenschap beoordeelt die zich dankzij de daar heersende
fysische en chemische omstandigheden
kan handhaven en zich eventueel kan uitbouwen tot een volledige voedselketen , kan
het beheer van een drinkwaterleidingnet bestaan in het nemen van gepaste maatregelen om te streven naar een zo hoog mogelijke waarde van de index. De BLI neemt toe
van zodra de uitbouw van de levensgemeenschap wordt afgeremd of vermeden.
De gebruikelijke methoden die hiervoor worden aangewend, zijn gewone spoeling op
een brandkraan, spoeling met water en
lucht, chemische behandeling (pyrethrine,
chloor) of mechanische reiniging. Ze kunnen afzonderlijk of in combinatie worden
gebruikt.
8. DANKWOORD
Een speciaal woord van dank willen wij richten tot Dr. Niels De Pauw (Rijksuniversiteit
Gent) voor zijn steun bij het onderzoek en
zijn opbouwende kritiek bij het grondige nazicht van dit manuscript.
B. JEURISSEN
H. VERMAERCHE
Vlaamse Maatschappij voor Watervoorziening
Gewestelijke directie Oost- Vlaanderen
Koning Boudewijnstraat 46
9000 Gent
9. BIBLIOGRAFIE
AlNSWORTH, R.G., CALCUTT, T., ELVIDGE,
A.F., EVINS, C., JOHNSON, 0. , LACK, T.J .,
PARKINSON, RW., RIDGWAY, JW. (1981) A
guide to solving water quality problems in distribution systems. Water Research Centre TR
167,169 p.
ANONIEM (1951) Het nemen van monsters voor
biologisch onderzoek van leidingwater. Mededeling nr. 1 van de Raad van Bijstand van de
Samenwerkende Waterleidinglaboratoria. N. V.
KIWA, 8 p.
ANONIEM (1981) Kwantificering van fyto- en
zooplankton en van macro-evertebraten in water bij winning, zuivering en distributie & methoden en onderzoeksmethoden. KIWA Interne nota, R-PM 81-2.
Water nr. 55 - november/december 1990
zeer slecht
MAATREGELEN
geen
geen
eventueel
gewenst
dringend
prioritair
ANONIEM
(1981)
Monsterneming
en
onderzoeksmethoden voor de kwantificering
van fyto- en zooplankton en van macro-evertebraten in water bij de winning , zuivering en
distributie. KIWA Interne nota, R-PM 81-3.
BARNES, R.D. (1974) Invertebrate zoology. 3th
edition W.B. Saunders comp., London , 870 p.
BESLUIT VAN DE VLAAMSE EXECUTIEVE van
15 maart 1989 houdende vaststelling van een
technische reglementering inzake drinkwater.
Belgisch Staatsblad van 30.5.89 pp. 9330-9340.
CHANG, S.L. (1959) Occurence of a nematode
worm in a city water supply. J. AWWA 51 (5) ,
671.
DE PAUW, N. & VAN HOOREN G. (1983) Method for biological quality assessment of watercourses in Belgium. Hydrobiologia 100, 153168.
ENGELHARDT, W. (1977) Was lebt in Tumpel,
Bach und Wei her ? Kosmos, Stuttgart 257 p.
EUROPESE GEMEENSCHAP (1980) Richtlijn
van de Raad betreffende de kwaliteit van leidingwater van voor menselijke consumptie bestemd
water. Publikatieblad van de Europese Gemeenschappen (L229) pp. 11-29.
GILLARD, A. (1978) Limnologie. Ecologie van
de vastelandswaters. E. Story SCientia, Gent,
2de uitg. 261 p.
HOOGEBOOM , G. (1979) Het insluiseffekt zichtbaar gemaakt. H2 0 12(3), 57-58.
LEVY, R.V. , CHEETHAM, R.D ., DAVIS, J. , WINER, G. & HART, F.L. (1984) Novel method for
studying the public health significance of macroinvertebrates occuring in potable water. Applied and environmental microbiology, 47(5),
889-894.
LEVY, A.V., HART, F.L., CHEETHAM, R.D.
(1986) Occurence and public health significance of invertebrates in drinking water systems.
Journal AWWA 78(9) , 105-110.
LOUWE KOOIJMANS , L.H. (1966) Occurance,
significance and control ol organisms in distribution systems. General report nr. 3, International
Water Supply Congress & Exhibition, 3-710.1966, International Water Supply Association, Barcelona, 36 p.
MEHEUS, J. & MERCKX, G. (1978) An operational method ol eliminating water quality problems in mains. Proceedings WRC Conference
'Maintenance of water quality and pipeline integrity', Oxlord.
MEHEUS, J. (1978) Asellus aquaticus in aquatische systemen: vindplaatsen , gedrag, kwantisering en normstelling, hygiënische betekenis, bestrijding. Intern rapport 11.04.78, PIWA, Rumst,
10 p.
MOUCHET, P. (1982) Réflexions complémentaires sur I'importance et la distribution des eaux
de consommation. La technique de I'eau et de
I'assainissement 424, 7-25.
ODUM, E.P. (1971) Fundamentals of ecology
W.B. Saunders Company, London, 3th ed. 574
p.
PERSONNE, G. (1972) A simple method for
supsampling zooplankton Biologisch Jaarboek
Dodonaea 40, 288-290.
PERSOONE , G. & DE PAUW, N. (1979) Systems of biological indicators lor water quality
assessment pp. 39-75. In O. Ravera (Ed.), Biological aspects ol freshwater pollution , Pergamon
Press, Oxlord.
SMALLS, l.C. & GREAVES, G.F. (1968) A survey ol animals in distribution systems. Water
Treatment Exam. 17, 150-182.
SMERDA, S.M. , JENSEN , H.J. & ANDERSON,
A.W. (1971) Escape ol Salmonella from chlorination during ingestion by Pristionchus cheritieri
(Nematoda: Diplogasterinae) J. Nematol. 3,
201.
STANDARD METHOOS lor the examination ol
water and waste water (1971) 13th ed. APHA,
AWWA & WPCF , Washington O.C., 874 p.
STREBLE, H. & KRAUTER, D. (1981) Das Leben im Wassertropfen. Mikrollora und Mikrofauna des Süsswassers. Kosmos, Stuttgart, 336 p.
VAN CRAENENBROECK, W. (1979) Biologie in
het distributienet: macroinvertebraten. NAVEWA (1979) , 149-155.
VAN DER KOOIJ, D. (1979) Ontwikkeling van
een methode om de nag roei mogelijkheid van
bakteriën in drinkwater te bepalen . H 2 0 12 (8),
164-167.
VAN DER KOOIJ, 0. , VISSER, A & HYNEN ,
WAM. (1982) Determining the concentration ol
easily assimilable organic carbon in drinking
water. Journal American Water Works Ass. 74
(10), 540-545.
VAN DER WERFF, A (1941) Over de verschillende organismen , welke voor het waterleidingbedrijf van betekenis zijn. Water 25 (19) , 163-157.
VAN DER WERFF , A, (1946) Het voorkomen
van wormachtige dieren in Nederlandse waterleidingbedrijven. Biol. Jb. Dodonaea 13, 251255.
VAN DER WERFF , A. (1947) Het belang van
biologisch onderzoek voor de drinkwatervoorziening en de stand van dit onderzoek in Nederland. Biol. Jb. Dodonaea 14, 35-40.
VAN DER WERFF, A (1983) Persoonlijke mededeling.
VAN HEUSDEN, G.P.H. (1948) Asellus aquaticus in het Amsterdamse leidingnet. Water 32
(12),109-113.
VANHOOREN , G., DE BRABANDER, K. OVAERE, T. (1982) Methode ter beoordeling van de
biologische kwaliteit van de waterlopen. Bepaling van de biotische index (Belgische variante)
steunende op aquatische macro-invertebraten .
Water 2 (6), 198-203.
WASHINGTON, H.G. (1984) Diversity, biotic
and similarity indices. A review with special relevance to aquatic ecosystems. Water Res. 18 (6)
653-694.
WETZEL, A. (1969) Technische Hydrobiologie.
Trink-, Brauch-, Abwasser. Akademische Verlaggesellschaft, Geest & Portig, K.G., Leipzig 407
p.
ZWAAGSTRA, J. (1982) Voorkomen en betekenis van dierlijke organismen. H20 15 (21), 568573.
271
MILIEUSANERING DOOR E3 10AUGMENTATI E
ME-r GESELEKTEERDE MIKRO-ORGANISMEN·
EEN DOORLICHTING
D. SCHOWANEK,
E. TOP ' &
VERSTRAETE
Laboratorium voor Mikrobiële
Ekologie
Centrum voor Milieusanering
Rijksuniversiteit Gent,
w.
* aspirant van het N.F. W. 0.
1. !NLEIDlNG:
DEFINiTIE VAN BIOAUGMENTATIE
Onder 'bioaugmentatie' verstaat men het
bijdoseren van speciaal geselekteerde genen (lees mikro-organismen) of hun genprodukten (enzymen) aan een ekosysteem
of bioreaktor, met als doel de werking van
het systeem te bevorderen. De toegediende
mikro-organismen kunnen natuurlijke isolaten zijn met interessante eigenschappen,
ofwel genetisch gemanipuleerde stammen
('GEMS ', met rekombinant DNA). In het bijzonder op het vlak van de industriële waterzuivering en de bodemsanering worden de
mogelijkheden van bioaugmentatie momenteel wetenschappelijk en kommercieel intensief afgetast. Nochtans gaat hier reeds
meer dan dertig jaar onderzoek aan vooraf
(Heukelekian & Berger, 1953; Verstraete et
al. , 1972). Deze lange periode wijst vooral
op het feit dat de bioaugmentatie een bijzonder komplex gegeven is. Het was de verdienste van het recente DEGHEMA kongres
'Anwendung von speziellen Mikroorganismen zur behand/ung von Abwässern mit
schwer
abbaubaren
/nha/tstoften '
(Frankfurt , 12-13/3/1990) de mogelijkheden
en problemen van bioaugmentatie eens
grondig door te lichten en een aantal wetenschappelijk goed onderbouwde gevallen-studies voor te stellen . Ook op het symposium van de European Environmental
Research Organisation 'Environmenta/ Biotechn%gy' (Braunschweig , 23-27/4/90),
kwamen de resultaten en nog onopgeloste
problemen van het gebruik van mikrobiële
inokula uitgebreid aan de orde.
De hele problematiek draait in wezen rond
het inschatten van het biodegradatie-potentieel van natuurlijke of door de mens gekreëerde ekosystemen, en de mogelijkheid om
geselekteerde genen naar wens in de mikrobiële gemeenschap te introduceren en tevens te laten funktioneren . Het staat inmiddels buiten diskussie dat geselekteerde kulturen in het labo onder axenische kondities
(in de afwezigheid van konkurrerende mikro-organismen) uitstekend biodegradatie-
272
werk kunnen leveren ten opzichte van het
grote merendeel van de huidige probleempolluenten.
Toegevoegd aan een stabiel ekosysteem
daarentegen, blijken deze entstammen en
kommerciële preparaten zelden een volledige sanering te bewerkstelligen . De hoogdringendheid en omvang van een aantal
milieuproblemen , die best in situ worden
aangepakt, stimuleren echter verder onderzoek naar het efficiënt inzetten van geseIekteerde mikro-organismen onder niet steriele
voorwaarden .
2. MOGELIJKE
DEN
TOEPASSINGSGEBIE-
Bioaugmentatie wordt in de eerste plaats
onderzocht voor de afbraak van rekalcitrante (moeilijk biodegradeerbare) en biocidale
organische molekulen . Een aantal verbindingen of afvalstromen die hiervoor in aanmerking kunnen komen, werden samengebracht in tabel 1. Daarnaast worden geselekteerde entkulturen ook naar voor geschoven voor meer triviale toepassingen , zoals
het verbeteren van de BZV verwijderingseffi ciëntie van biofilters en aktief slib . De in
situ opruiming van zware metalen behoort
niet tot de mogelijkheden van mikro-organismen, vermits ze de metalen niet kunnen
omzetten tot andere elementen. Dit neemt
niet weg dat een aantal technologische toepassingen met behulp van mikro-organismen , gebaseerd op koncentratie , adsorptie ,
uitloging of reduktie tot het elementair metaal , hier uitkomst kunnen bieden .
3. FAKTOREN DIE DE TOEPASSING VAN
GESELEKTEERDE KULTUREN BEMOEILIJKEN
Het doel van het inzetten van speciale entkulturen is het verbeteren van het metabolisch afbraakpotentieel en de efficiëntie van
bestaande associaties van mikro-organismen . Het eerste geval veronderstelt dat de
aanwezige 'natuurlijke' populaties in bodem
of water niet de vereiste genen voor een
bepaald type polluent zouden herbergen.
Het aantal studies dat met zekerheid deze
situatie rapporteert, is gering. Een zeldzaam goed beschreven geval is de afbraak
van het herbicide 2, 4, 5-T in de bodem, die
werd verkregen zonder het veranderen van
de omgevingskondities, als gevolg van de
introduktie van een geselekteerde Pseudomonas cepacia stam met de volledige genetische informatie voor afbraak (Ghatterjee et
al., 1982, Kilbane et al., 1983).
Hierbij kan aangestipt worden dat deze
Pseudomonas stam niet uit een gepollueerd
milieu werd geïsoleerd, doch in het labo
werd geselekteerd in een chemostaat. In
deze reaktor werd een mengsel van mikroorganismen afkomstig uit verschillende
stortplaatsen gebracht, samen met bakteriën die plasmiden (extrachromosomaal cirkulair DNA) bevatten koderend voor de afbraak van o.a. kamfer, tolueen , salicilaat en
3-chlorobenzoaat . Door een strenge selektiedruk voor 2, 4, 5-T afbraak toe te passen,
ontstonden door een versnelde evolutie
nieuwe katabolische plasmiden met de volledige genetische informatie voor de afbraak van het herbicide (Kellog et al., 1981).
Deze techniek staat ook bekend onder de
naam 'p/asmid-assisted mo/ecu/ar breeding' (Kellog et al. , 1981).
In het grote merendeel van de gevallen echter waren de nodige biochemische afbraakwegen voorhanden of werden zij door selektiedruk spontaan verworven . Zo werden
bijvoorbeeld in zwaar met pentachlorofenol
(PGP) gepollueerde bodems bakteriën aangetroffen die in het laboratorium dit biocide
gebruikten als enige koolstof- en energiebron, zonder dat in situ enige signifikante
afbraak werd gemeten (Salkinoja-Salonen ,
1990). Hetzelfde werd herhaaldelijk vastgesteld in met koolwaterstoffen vervuilde bodems (Dott , 1989), of bij de afbraak van
fosfaten (Schowanek & Verstraete , 1990). In
de met PGP vervuilde gronden kon de afbraak echter eenvoudigweg op gang
gebracht worden door een 'komposteringsproces' toe te passen met verbeterde aëratie, meer nutriënten en een hogere temperatuur. Onder deze gunstige milieuomstandigheden kon daar bovenop nog een licht ver-
Water nr. 55 - november/december 1990