A colony count model for the control of drinking water distribution systems Un modèle du nombre de micro-organismes pour le contrôle des réseaux de distribution d'eau potable

Abstract

The purpose of this study is to select a process control parameter for monitoring microbial regrowth in a network and to develop a more accurate and relevant quality control of supply water. Two parameters were examined as potential process control parameters: the water residence time in the network and the concentration of biodegradable organic matter. Residence time calculations were carried out and validated by tracer studies in a branched network and then in a simply looped network. The measurement of the natural dissolved organic carbon (DOC) consumption in the network was preferred to the determination of any in vitro biodegradation. The measurement of consumption requires the determination of DOC in treated water and in supply water. It is simpler and less expensive than other biodegradable organic matter determinations. A model for colony counts as a function of the residence time was developed in order to demonstrate that this parameter can be used for process controlling. This model was very well adjusted to data collected in a network in winter, spring and summer. This process control parameter was then used in order to locate and estimate the quantity of water whose colony counts exceed the European directive guide level.

Accurate correlation measurements between colony counts and DOC consumed in the network were carried out in three distinct systems. No significant correlations were measured. For these three networks, biodegradable organic matter measurements based on DOC determinations were demonstrated to be unreliable process control parameters for monitoring bacterial regrowth.

Keywords:

• Colony counts,
• model,
• drinking water,
• distribution network,
• residence time

Résumé

De nombreux paramètres sont mesurés aux usines de production d'eau potable pour contrôler l'efficacité du traitement : pH, turbidité, concentration en désinfectant... Cependant, l'eau traitée n'est pas un produit fini; sa qualité, notamment microbiologique, peut évoluer en cours de distribution. La livraison d'eau aux consommateurs peut ainsi être considérée comme l'étape finale du processus de production d'eau potable. La complexité du contrôle de la qualité de l'eau en cours de distribution repose sur l'identification des points d'échantillonnage et du nombre de prélèvements. L'objectif de cette étude est de sélectionner un paramètre de contrôle de la recroissance microbienne pour développer un contrôle de qualité plus rigoureux et précis de l'eau de distribution. Deux paramètres ont été étudiés en tant que paramètres potentiels de contrôle : le temps de séjour de l'eau dans le réseau et la matière organique biodégradable. S'il est possible de démontrer que ces paramètres ont une influence significative sur la qualitê microbiologique, ils pourront être utiles à l'identification des points d'échantillonnage et à la détermination des nombres minimaux de prélèvements. Le temps de séjour a été déterminé dans un réseau en antennes, puis dans un réseau légèrement maillé. Ce paramètre a été calculé à partir de mesures de débit et de volume de réservoirs. Les conditions de mélange parfait dans les réservoirs et d'écoulement piston dans les canalisations ont été supposées. La détermination du temps de séjour a ensuite été validée par des traçages au chlorure de sodium. La mesure du carbone organique dissous (COD) naturellement consommé dans le réseau a été préférée, pour sa simplicité et son plus faible coût, aux analyses reposant sur la biodégradation de la matière organique in vitro. Ces déterminations reposent sur la différence entre les teneurs en COD de l'eau traitée et de l'eau en cours de distribution. Un modèle prédictif du nombre de micro-organismes déterminé sur gélose et fonction du temps de séjour a été développé. La fonction logistique, souvent appliquée à la croissance des micro-organismes dans des réacteurs de laboratoire, a été choisie comme modèle. Deux paramètres microbiologiques ont été considérés : le nombre de micro-organismes déterminé à 20ºC après trois jours (N3D) et quinze jours (N15D) d'incubation. La fonction logistique a été ajustée, à un niveau de signification inférieur à 0.05, aux données de N3D et N15D collectées en hiver, au printemps et en été dans un réseau faiblement maillé. L'ajustement du modèle à différentes saisons et différentes parties d'un réseau a permis de mettre en évidence les facteurs influençant la recroissance microbienne et par conséquence les coefficients du modèle : la saison, l'origine de l'eau (eau de surface, eau souterraine) et le type de conduite. Le modèle de N3D a permis de localiser et d'estimer la quantité d'eau de distribution dont le paramètre N3D est supérieur au niveau guide européen. Ce modèle a aussi été appliqué à la localisation de postes de rechloration sur le réseau.

L'utilisation de la mesure de la matière organique biodégradable en tant que paramètre de contrôle de process a été évaluée à partir de la mesure de la corrélation partielle entre le COD consommé dans le réseau et N3D et N15D. La corrélation partielle permet, dans ce contexte, de mesurer uniquement le lien entre le COD consommé dans le réseau et le nombre de micro-organismes en supprimant les interactions avec d'autres paramètres tels que le temps de séjour. Les résultats ont montré que pour les trois réseaux étudiés aucune corrélation partielle significative n'a été observée entre ces deux paramètres. Le COD consommé dans le réseau ne peut pas être utilisé efficacement comme paramètre de contrôle.

Mots-clés:

• Nombre de micro-organismes,
• modèle,
• eau potable,
• réseau de distribution,
• temps de séjour