Käyttövesiputkissa voi piillä riski: Nanokuplista ja putkimateriaalista apua biofilmien hallintaan

Tiivistelmä

Mikrobit kasvavat käyttövesiputkistoissa putkien pinnoille muodostamissaan biofilmeissä. Biofilmit voivat tarjota suojapaikan ja kasvuympäristön myös haitallisille bakteereille, jotka vedessä lisääntyessään vaarantavat talousveden turvallisuuden. SAMKin tutkimuskeskus WANDERissa toteutetussa 16 kuukauden tutkimuksessa selvitettiin, miten yleisimmät putkimateriaalit ja kaksi nanokupliin perustuvaa vedenkäsittelymenetelmää vaikuttavat biofilmien kehittymiseen. Tulosten mukaan PEX-muoviputkiin kertyi selvästi enemmän biofilmiä kuin kupari- tai teräsputkiin. Nanokuplia tuottavat hydrodynaaminen kavitaatio (HC) ja magneettinen vedenkäsittely (MWT) vaikuttivat biofilmien kehittymiseen eri tavoin riippuen biofilmin iästä. Tutkimus tuotti uutta tietoa tukemaan putkistomateriaalien valintaa ja vaihtoehtoisten vedenkäsittelymenetelmien hyödyntämistä, esimerkiksi sairaaloissa ja muissa kohteissa, joissa veden mikrobiologiselle laadulle on erityisen korkeat vaatimukset.

Vettä hanasta – Onko putkella väliä? 

Vesijohtovesi on Suomessa laadukasta ja sen turvallisuutta valvotaan tarkoin (Sosiaali- ja terveysministeriö, 2015). Silti matka vesijohtolaitokselta kiinteistöön ja hanan kautta lasiin kulkee usein kilometrien mittaisen putkiverkoston läpi, jolloin etenkin veden mikrobiologinen laatu ehtii hyvinkin muuttua ennen käyttöä. Riski mikrobiologisen laadun heikkenemiselle on suurin käyttövesiputkistossa, missä veden virtaus on usein hitaampaa. 

Uusien putkien sisäpinnoille muodostuu jo ensimmäisten viikkojen aikana biofilmejä – mikrobiyhteisöjä, jotka ovat kiinnittyneet putken pinnalle solunulkoisen polysakkaridimatriisin avulla (Erdei-Tombor ym., 2024). Biofilmit ovat mikrobien kannalta ihanteellinen elinympäristö, sillä ne tarjoavat suojan olosuhteiden muutoksia ja desinfiointiaineita vastaan. Tutkimusten mukaan biofilmissä elävät bakteerit voivat kestää jopa 100–1000 kertaa paremmin kloorikäsittelyä kuin vapaasti vedessä olevat bakteerit. Suotuisissa olosuhteissa, kuten seisovassa vedessä tai haalean lämpöisessä vedessä, biofilmeistä vapautuvat mikrobit voivat heikentää juomaveden mikrobiologista turvallisuutta. 

Biofilmien poistamiseen käytetään perinteisesti desinfektioaineita ja mekaanista puhdistusta, mutta kiinteistöjen putkistoissa nämä ovat usein hankalia ja kalliita toteuttaa. Kloorin lisääminen juomaveteen ei sekään ole ongelmatonta: se voi muodostaa haitallisia sivutuotteita, nopeuttaa putkimateriaalien korroosiota ja edistää antimikrobiresistenssin kehittymistä. Ja vaikka klooria lisättäisiin vesilaitoksella, sen pitoisuus veden saavuttaessa käyttövesiputket on usein laskenut biofilmien kannalta alhaiseksi. Siksi vaihtoehtoisia menetelmiä biofilmien hallintaan etsitään aktiivisesti.  

Yhtenä vaihtoehtona voidaan pitää nanokuplateknologiaa, jolla on lukuisia sovelluksia eri aloilla (Marcelino ym., 2023). Nanokuplat ovat erittäin pieniä, halkaisijaltaan alle mikrometrin kaasukuplia, joilla on erityisiä fysikaaliskemiallisia ominaisuuksia (Vehmas & Makkonen, 2021). Niillä on tutkitusti antimikrobisia ominaisuuksia ja niitä onkin lupaavin tuloksin tutkittu Aasiassa mm. kastelujärjestelmän biofilmien torjuntaan (Xiao ym. 2020; Kobayashi ym., 2025). 

SAMKin tutkimuskeskus WANDERissa tartuttiin biofilmitutkimukseen käytännönläheisesti. Laboratoriosta löytyvä Pilot-juomavesiverkosto eri putkimateriaaleilla sekä kahdella eri nanokuplia tuottavalla teknologialla varustettuna valjastettiin tutkimuksen käyttöön ja seurattiin, mitä putkistoissa tapahtuu 16 kuukauden aikana (Salonen ym., 2026). 

Laboratoriossa simuloitiin käyttövesiputkistoa 

Tutkimuksen ytimessä oli SAMKin tiloihin Raumalle rakennettu pilot-verkosto (Kuva 1), joka koostuu kahdeksasta rinnakkaisesta putkilinjasta. Putkimateriaaleiksi tutkimukseen valittiin kolme käytännössä yleistä vaihtoehtoa: kupari, ruostumaton teräs ja PEX-muoviputki. Kaikki putket olivat alussa uusia. 

Verkostossa simuloitiin toimistorakennuksen normaalia vedenkulutusta: putkilinjat huuhdeltiin arkipäivisin neljästi päivässä. Vesi tuli Rauman kunnalliselta pintavettä käyttävältä vesilaitokselta käsiteltynä tavanomaisissa vesijohtolaitoksen prosesseissa. 

Osaan linjoista asennettiin testattavaksi kaksi kaupallisesti saatavilla olevaa laitetta, joiden tiedetään tuottavan nanokuplia: hydrodynaaminen kavitaatiolaite (EOD Oy, Suomi) sekä magneettinen vedenkäsittelylaite (Bauer Solution Oy, Suomi). Loput linjat toimivat käsittelemättöminä verrokkeina.   

Biofilminäytteitä analysoitiin neljä kertaa koko 16 kuukauden tutkimusjakson aikana. Jotta biofilmiä pystyttiin mittaamaan kvantitatiivisesti putkien sisäpinnoilta, tutkimuksessa kehitettiin täysin uusi 3D-tulostettu irrotustyökalu. Se irrottaa biofilmin elastomeerimäntien avulla yhdellä vedolla ja testit osoittivat sen saavan talteen jopa 98 % putkessa olevasta biofilmistä. Biofilmejä analysoitiin sekä määrällisesti (ATP-mittaus ja maljaviljely) että laadullisesti DNA-sekvensoinnin avulla. 

PEX kasvattaa biofilmiä – metallit hillitsevät 

Tutkimuksessa putkimateriaalin havaittiin vaikuttavan merkittävästi siihen, kuinka paljon biofilmiä putkeen kertyy. 

PEX-muoviputkiin biofilmiä kertyi huomattavasti enemmän kuin kupari- tai teräsputkiin (Kuva 2). Ero näkyi jo ensimmäisessä näytteenotossa neljän kuukauden kohdalla. Yksi mahdollinen selitys on se, että uusista PEX-putkista liukeni alkuvaiheessa orgaanisia yhdisteitä, jotka toimivat mikrobien ravinteena ja kiihdyttivät biofilmin muodostumista (Pelto-Huikko ym., 2021). 

Ruostumaton teräs hillitsi biofilmikasvua parhaiten koko seurantajakson ajan. Teräksen tasainen pinta vaikeuttaa biofilmin kiinnittymistä eikä teräs myöskään vapauta orgaanisia yhdisteitä veteen. Kupari sijoittui teräksen ja PEX:n välimaastoon: sen tunnetut antimikrobiset ominaisuudet hillitsevät biofilmikasvua, joskin vaikutus saattaa heikentyä ajan myötä oksidikerroksen muodostuessa kupariputken pintaan. 

DNA-sekvensointitulokset tukivat kvantitatiivisia löydöksiä, sillä putkimateriaali oli tärkein yksittäinen tekijä, joka selitti eroja eri linjojen mikrobiyhdyskuntien välillä. PEX-putket suosivat erilaisia mikrobeja kuin metalliset putket. Kaikkiaan biofilmeistä tunnistettiin yli 1 300 eri mikrobitaksonia. Legionellaa – tunnettua opportunistista patogeenia – havaittiin lähes kaikissa näytteissä, mutta sitä esiintyi enemmän PEX-putkissa kuin metallisissa putkissa. 

Biofilmi elää vuodenaikojen tahdissa 

Tutkimuksen sivutuotteena syntyi yllättävä havainto siitä, kuinka voimakkaasti biofilmien määrä vaihteli eri vuodenaikoina. Erityisesti PEX-putkissa biofilmiä esiintyi selvästi enemmän lämpimämpinä kuukausina. Veden lämpötilan ja biofilmin määrän välillä oli havaittavissa selkeä korrelaatio (Kuva 2). 

Tulos muistuttaa siitä, että biofilmi on hyvin dynaaminen rakenne. Se reagoi ympäristöolosuhteisiin jatkuvasti – kasvaa, hajoaa ja muuttuu koostumukseltaan. Tämä on tärkeää tiedostaa erityisesti silloin, kun arvioidaan juomavesijärjestelmien mikrobiologista riskiä. Esimerkiksi kesällä lämpenevien vesien aikaan ja rakennuksen ollessa vähemmällä käytöllä riski on suurempi kuin talvella. 

DNA-sekvensointianalyysi paljasti myös, että maaliskuinen näytteenottoajankohta (13 kuukauden kohdalla) erottui muista erityisesti teräs- ja PEX-putkien mikrobiyhteisöjen suhteen. Tämä liittyy todennäköisesti sulamisvesien vaikutukseen raakavedenlaatuun vesijohtolaitoksella. Kupariputkissa vastaavaa muutosta ei havaittu, mikä voi viitata kuparin antimikrobisten ominaisuuksien luomaan vakaampaan mikrobiyhteisöön. 

Nanokuplat – lisää tutkimusta tarvitaan 

Nanokuplia tuottavien laitteiden vaikutukset olivat kiinnostavia, mutta myös osittain vaikeaselkoisia. 

PEX-putkissa sekä HC että MWT näyttivät alkuvaiheessa odotusten vastaisesti lisäävän biofilmikasvua (Kuva 2). On mahdollista, että nanokuplat vuorovaikuttivat uusien PEX-putkien hydrofobisen pinnan kanssa kiihdyttäen orgaanisten yhdisteiden vapautumista putkesta tutkimusjakson alussa. 

Myöhemmässä vaiheessa biofilmien vakiinnuttua tilanne kääntyi, ja erityisesti MWT-laite näytti hillitsevän biofilmikasvua PEX-putkissa (Kuva 2). Vaikutusmekanismit, joilla nanokuplat hillitsivät biofilmien kasvua, ovat todennäköisesti moninaisia ja jäävät toistaiseksi arvailun varaan. 

Metalliputkissa nanokuplia tuottavien laitteiden vaikutukset jäivät vähäisiksi pääasiassa siksi, että niihin kertyi biofilmiä kaiken kaikkiaan hyvin vähän seurannan aikana. Veden laatu vaikuttaa voimakkaasti sekä biofilmien että saostumien kertymiseen käyttövesiputkiin. Rauman vedessä saostumien kertyminen putkiin on tutkitusti vähäistä – saostumia kertyy voimakkaimmin messinkisten liittimien sisäpinnoille (Latva ym., 2017). Nanokuplien vaikutuksista sekä juomavesijärjestelmien sisäpintojen saostumiin että biofilmeihin tarvitaan vielä lisätutkimusta. 

Tulosten merkitys ammattilaisille 

Tutkimus tuotti myös ammattilaisille käypää tietoa, vaikka sen tulokset olisikin vielä hyvä vahvistaa pidemmän aikavälin seurannassa. Rakentajille ja LVI-suunnittelijoille tutkimus antaa tukea putkimateriaalin valintaan. Jos juomaveden mikrobiologinen turvallisuus on suunnittelussa tärkeällä sijalla, metalliset putkimateriaalit – erityisesti ruostumaton teräs – tarjoavat tutkimuksen mukaan edun PEX:iin verrattuna. PEX on edelleen hyvin perusteltu valinta monissa tilanteissa, mutta erityiskohteissa, kuten sairaaloissa ja elintarviketeollisuudessa, putkimateriaalin vaikutus biofilmeihin kannattaa ottaa osaksi riskiarviota. 

Kiinteistöjen ylläpidon ja vesihuollon ammattilaisia tutkimus muistuttaa vuodenaikavaihtelun merkityksestä. Biofilmiriskin seuranta on tärkeintä juuri lämpimänä vuodenaikana ja tilanteissa, joissa vesi seisoo pitkään putkistossa – esimerkiksi loma-aikoina tai pitkään tyhjillään olleissa rakennuksissa. 

Vesihuoltolaitoksille tulokset tarjoavat uuden näkökulman myös siihen, miten raakaveden laadun muutokset – esimerkiksi sulamisvedet keväällä – heijastuvat kiinteistöjen putkistojen mikrobistoon asti. Yhteys on olemassa ja se kannattaisi huomioida esimerkiksi riskienhallinnassa. Pintaveden käyttäminen raakavetenä on biofilmien hallinnan kannalta haastavampi vaihtoehto kuin pohjaveden, sillä pintavesi sisältää enemmän mikrobeja, populaatiot vaihtelevat ja lisäksi vedessä on enemmän ravinteita mikrobikasvulle. 

Magneettinen vedenkäsittelylaite on jo otettu monissa kiinteistöissä käyttöön sen sakkoja poistavan vaikutuksen vuoksi (Latva ym. 2016). Tutkimus antaa viitteitä siitä, että sen vaikutukset ulottuvat epäorgaanisten saostumien lisäksi myös biofilmien hallintaan (Mercier ym., 2016).  

Tieto lisää turvallisuutta 

Tutkimuksen tulokset lisäsivät ymmärrystä biofilmien kasvusta eri putkimateriaaleilla, vuodenaikojen vaikutuksesta sekä nanokuplien hyödyistä biofilmien hallintaan. Saavutettua tietoa hyödyntämällä on mahdollista edistää juomaveden turvallisuutta kiinteistöissä. Samalla jäi auki monta kysymystä tutkimuksen jatkoa ajatellen.  

Nanokuplien suora havaitseminen ja karakterisointi juomavesijärjestelmissä on teknisesti haastavaa, koska vedessä on muutenkin paljon nanokokoisia epäpuhtauksia, jotka on vaikea erottaa nanokuplista. Tulevaa tutkimusta varten tähän tarvittaisiin soveltuvaa analytiikkaa. 

Putkimateriaalien pitkäaikaisvaikutukset biofilmeihin jäivät vielä avoimiksi, kuten se, mitä tapahtuu putkistoissa useiden vuosien kuluessa. On mahdollista, että PEX:n ja metallisten putkien välinen ero biofilmien määrässä tasaantuu ajan myötä, kun putket ikääntyvät.  

Myös nanokuplien pitkäaikaisemmat vaikutukset biofilmeihin jäivät selvittämättä, vaikka lupaavasti niiden vaikutukset tehostuivat tutkimusjatkon loppua kohden. MWT:n biofilmejä hillitsevän vaikutuksen voisi odottaa tehostuvan ajan kuluessa mm. saostumien hillitsemisen myötä. Hydrodynaamista kavitaatiota optimoimalla voisi silläkin mahdollisesti saavuttaa selvempiä hyötyjä biofilmien hallinnassa (Sun ym., 2020).  

Tutkimuksessa kehitetty kvantitatiivinen biofilmien irrotustyökalu on jo itsessään arvokas tulos, joka mahdollistaa aiempaa tarkemman ja toistettavamman näytteenoton tulevissa tutkimuksissa. Se on pieni mutta konkreettinen askel kohti parempaa ymmärrystä siitä, mitä putkistoissa tapahtuu, ja sitä kautta kohti turvallisempaa juomavettä.