boj proti biofilmu

x

Dr. Rudolf Hüster
Avtor: 
Dr. Rudolf Hüster 


Biofilm kopičenje znotraj cevi
Mikroorganizmi usede na mokrih površinah in sčasoma tvorita biofilma tam. Po nekaj dneh, lahko biofilm že dosegel svoj stacionarno fazo, ko neprekinjeno sproščanje klic poteka.



Strategije po VDI 6022, 1. list

Higiensko vlaženje zraka – boj proti biofilmu


Sistem za vlaženje zraka mora vlažiti zrak ali natančneje – povečati relativno zračno vlažnost. V ta namen se zrak obogati z vodo. Pri adiabatnem vlaženju je uporabljena metoda za dovajanje vode v zrak, torej ali gre za pršenje, atomizacijo ali izhlapevanje, drugotnega pomena. Pomembno je predvsem, da je voda higiensko dobre kakovosti. VDI 6022, 1. list (uradni osnutek) tako predpisuje: »Voda, ki se dovaja v vlažilne sisteme, mora izpolnjevati mikrobiološke zahteve uredbe o pitni vodi.« Pri tem je ključnega pomena, da se prepreči tvorjenje biofilma v vodih.

Lastnosti vode za vlaženje
Uporaba pitne vode za vlaženje je pravzaprav precej varna. Kljub temu pa pitna, izvirska ali mineralna voda niso brez mikroorganizmov. Sicer ne smejo vsebovati bakterij, gliv, virusov ali praživali (giardia), ki povzročajo bolezni, a že dovoljenih največ 100 bakterij na ml je kar precej. Če se ti mikroorganizmi razpršijo z vodo, to ne predstavlja nevarnosti za zdravje in življenje. Pri neposrednem pršenju vodovodne vode, pitne vode ali vode iz pipe lahko po določenem času obloge iz vodnega kamna in soli v sistemu kanalov odstranite z Bergmannovo metodo. Poleg tega so te obloge v vlažnih območjih izjemno primerna gojišča prav za mikroorganizme, ki se vnašajo s pitno vodo. Ti se lahko tu naselijo in tvorijo obsežne kolonije. Zato je treba iz vlažilne vode odstraniti vodni kamen in sol. Sistemi, ki so potrebni za pripravo take vode, pa pogosto omogočajo naselitev in razrast mikroorganizmov.

Biofilmi kot potencial za ogrožanje zdravja
Bakterije v vodovodnih sistemih se pojavljajo v dveh oblikah, prostoživeče v vodi ali fiksirane na t.i. biofilmu. Prebivalci biofilma, ki nastane na vseh vlažnih površinah, so vpeti v sluzaste, viskozne ekstracelularne polimerne snovi (EPS). V polprevodniški in farmacevtski industriji je boj proti biofilmu v sistemih s prečiščeno vodo vsakodnevno in zahtevno opravilo. Biofilm se tako tvori na ionskih izmenjevalcih sistemov za zmanjševanje trdote vode in razsoljevanje, naseli se lahko na modulih za reverzno osmozo in glede na tip tudi prebije membrano, tako da se znajdejo tudi na strani permeata. Tako poseli tudi stene cevovodov in zbiralnikov, ki se nahajajo za temi sistemi. Pri atmosfersko odprtih zbiralnikih lahko dodaten vnos mikroorganizmov iz okoliškega zraka še dodatno doprinese k tvorbi biofilma. Kljub tej kolonizaciji pa je biofilme v vodovodnih sistemih le težko dokazati. Šele, ko je biofilm zelo razraščen in doseže stacionarno fazo, začne rasti naprej, ne da bi pri tem pridobival na prostornini. V tem stadiju iz njega izstopa natančno toliko mikroorganizmov, kot jih tvori celična delitev. Šele takrat se pokaže dramatično povečanje števila mikroorganizmov v vodi. Razkuževanje vode navadno ne vpliva na biofilme, zato ni primerna metoda za preprečevanje nastanka biofilmov. Koščki biofilma (angl. bio-envelopes), ki se neprestano ločujejo od mase v stacionarni fazi, se lahko nato naselijo na vseh vlažnih mestih v klimatski napravi (npr. vlažilnik zraka).

Povsod, kjer se pojavlja vlaga, mokrota ali stoječa voda, in kjer niso izvedeni ustrezni protiukrepi, se tvorijo novi biofilmi, razmnoževanje mikroorganizmov pa se nadaljuje. Higiensko vlaženje zraka je zato vedno tudi boj proti biofilmom. Veliko zahtev posodobljene izdaje VDI 6022, 1. list, je usmerjenih prav v to, čeprav se ne uporablja izraz »biofilm«. Tako je pod točko 3.6 navedeno: »Materiali v delih, skozi katere se vodi zrak, v katerih je pri namenski uporabi treba računati z visoko relativno vlago oz. vodo, ne smejo biti substrat za mikroorganizme.« Dalje: »Materiali, lastnosti površine in geometrijske oblike komponent sistema morajo preprečevati pritrditev in nalaganje nečistoč.« (VDI 6022, 1. list, 4.1.1.), pa tudi »... da se rast mikroorganizmov na površinah komponent, skozi katere teče zrak, [...] in tehnološko pogojenih vlažnih površin v veliki meri prepreči« (VDI 6022, 1. list, 4.2).

Življenjski pogoji za biofilme
Žal pa lahko biofilmi poselijo skoraj vse površine. Težavne pogoje, pod katerimi se biofilmi še vseeno lahko razraščajo, podaja razpon življenjskih pogojev za biofilme v preglednici 1. Poleg tega so biofilme dokazali tudi v vodih za dezinfekcijska sredstva, v nekaterih primerih pa so prenesli celo koncentracijo prostega klora, ki je presegala 2 mg/l.

Preglednica 1: Razpon življenjskih pogojev mikrobov v biofilmih
Temperaturno območje od -12 °C do 110 °C
pH-območje od pH 1 do > pH 13
Hidrostatični tlak od > 0 do > 1400 bar
Redoks potencial Celotno območje, v katerem je voda redoks stabilna
Vsebnost soli 0 do nasičenih raztopin v slanih jezerih
Hranila od 10 μg Corg/l do virov hranil
Površinski materiali kovine (tudi baker), beton, umetne mase, steklo, minerali, mineralna in maščobna olja, kapljice kerozina, rastlinsko in živalsko tkivo, kosti itd.
Obremenitev s sevanjem Biofilme so našli tudi na zaščitnih okrovih UV-svetilk iz kvarčnega stekla ter celo na virih radioaktivnega sevanja (> 500 krad)


Odstranjevanje biofilmov
Odstranjevanje obstoječih biofilmov je dolgotrajen in naporen postopek. Vsak od nas je že navajen boja proti enemu biofilmu, tj. zobnim oblogam. Po VDI 6022, 1. list, 4.3.7, je treba z ustreznimi ukrepi v kombinaciji z rednim vzdrževanjem in sušenjem preprečiti, da število mikroorganizmov, ki ustvarjajo kolonije (CFU), naraste nad 1000 enot na ml. Če so se biofilmi že razrasli v vodovodnih sistemih, pa zlahka preživijo kratkotrajno izsuševanje. Nabrekli matriks biofilmov veže veliko količino vode, zato se suši na površini, a še to le počasi in z zakasnitvijo. Veliko čistilnih sistemov doseže samo najvišje plasti biofilma. Trden biofilm je mogoče odstraniti samo mehansko, in še to le z relativno grobimi metodami čiščenja.

Primeren, a precej naporen postopek za sisteme za vlaženje zraka je jedkanje biofilma z bazičnim hidroksidom in nato izplakovanje s kislino. Encimsko razbijanje EPS-matriksa, emulgacija drobcev z zmogljivimi površinsko aktivnimi snovmi in nato razkuževanje z vodikovim peroksidom je malce blažja metoda. Vsi, ki poznajo kadrovsko zasedbo in terminske načrte stavbne tehnike, si lahko predstavljajo, s kakšnim navdušenjem je sprejeta taka čistilna akcija.

Preprečevanje nastajanja biofilmov
Odločilnega pomena je, da se tvorba biofilmov prepreči že na začetku. Preprečevanje nastanka biofilmov je tako ključ do higienskega vlaženja zraka. Sistemsko preprečevanje biofilmov je trenutno mogoče le z nekaj metodami. Vodovodni sistemi, ki bi bili neprestano izpostavljeni UV-sevanju, še ne obstajajo. Drugi sistemi, ki bi jih bilo mogoče uporabiti, so še zaščiteni s patentom ali pravico do uporabe, zato jih ni mogoče uporabiti. Trenutno je tako mogoče uporabljati samo snovi, ki preprečujejo nastanek biofilma, torej snovi, ki zmanjšujejo število mikroorganizmov.

VDI 6022, 1. list, 4.3.7, dopušča razkuževanje vlažilne, dovodne in obtočne vode s postopkom, ki je v praksi potrjen kot učinkovit, neškodljiv za zdravje in zagotavlja dovodni zrak brez ostankov. Prav zahteva po odsotnosti ostankov občutno zmanjša število razpoložljivih sredstev in postopkov.

Konec koncev si nihče ne želi vdihavanja biocidov. Uporabljeni izdelek mora biti učinkovit proti biofilmom in njihovim povzročiteljem, do takrat, ko ga vdihujejo ljudje, pa mora že razpasti ali pa vsaj imeti nižjo koncentracijo. Tako so trenutno na voljo samo štiri učinkovine: ozon, vodikov peroksid, klorov dioksid in srebro.

Oksidativni postopki za zmanjševanje števila mikroorganizmov
Ozon in vodikov peroksid reagirata z bakterijami, organskim materialom in onesnaževalci zraka, ki jih je mogoče oksidirati. Glede na odmerek, čistočo zraka in površin tako ni vedno mogoče zagotoviti, da sta ozon in vodikov peroksid reagirala ali se razgradila, preden se zrak dovede v klimatizirane prostore. Vsaj pri ozonu so tako v zraku še vedno prisotne določene preostale koncentracije. Na prostem (v gorah, gozdovih in morju) so običajne koncentracije ozona 20 do 30 ppb, ki jih dojemamo kot prijetne. Pri povečanem sončnem sevanju lahko vrednosti ozona v zunanjem zraku dosežejo visoke vrednosti, ki ogrožajo zdravje ljudi. Vsi na žalost poznamo opozorila glede ozona v poletnih mesecih. Najvišja meja koncentracije za ozon v zraku pri času delovanja največ 30 min je po VDI 2310 60 ppb.

Učinkovita in kljub temu za zdravje nenevarna koncentracija tako zahteva natančno odmerjanje. Tudi učinkovitost klorovega dioksida je odvisna od odmerjanja in onesnaženosti zraka. Tako je nujno potrebno premišljeno odmerjanje, da preprečite vdihavanje klorovega dioksida. Pri uporabi tega oksidanta je prednost razgradnja onesnaževal zraka in s tem določen učinek čiščenja zraka. Uporaba oksidativnih postopkov za zmanjševanje števila mikrobov je zelo odvisno od občutljive merilne, regulacijske in dozirne tehnologije, neodvisne od obremenitve. Uporaba ozona, peroksida ali klorovega dioksida je v praksi mogoča le, če dozirna tehnologija deluje zanesljivo.

Srebro kot protimikrobna snov
Tudi plemenita kovina srebro zelo učinkovito zmanjšuje število mikrobov. Pri tem ne gre za srebrno pločevino, granulat ali kupljeno posrebreno keramiko. Srebro je učinkovito zgolj kot ion ali delec velikostnega reda nanometra, t. i. nanodelci srebra. Srebro kot protimikrobna snov ima izjemno širok spekter delovanja. Prispevek na to temo bo objavljen v eni od prihodnjih številk TAB Technik am Bau. Trenutni razcvet s srebrom prevlečenih površin izvira iz vnovičnega odkritja značilnosti srebra in možnosti pritrditve reaktivnega srebra na površine. Tako so na voljo hladilniki in hladilne celice s srebrom prevlečenimi površinami, vložki za čevlje, funkcionalna oblačila, v medicinskem sektorju pa tudi nanodelci srebra na povojih, v posebnih gelih za rane, na katetrih in vsadkih. Učinkovitost srebra ni posledica oksidativnega uničenja celičnih membran, temveč selektivnega izklopa pomembnih encimskih sistemov. Srebrovi ioni se vežejo na žveplove skupine v encimih in jih tako deaktivirajo. Že pri tretjini koncentracije srebrovih ionov, ki je potrebna za deaktivacijo, pride do zavrtja rasti, tako da bakterije ne morejo več tvoriti biofilma. S tem je dosežen cilj preprečevanja tvorjenja biofilma. Srebro oziroma srebrovi pripravki se že dlje časa uporabljajo za obdelavo vode. Srebrovi pripravki se uporabljajo za razkuževanje pitne vode na potovanjih in v bivalnih vozilih, so odobreni za konzerviranje pitne vode v reševalnih čolnih in reševalnih otokih, prav tako pa so omenjeni v uredbi o pitni vodi.

Pri adiabatnih sistemih za vlaženje zraka, ki delujejo z vodo s srebrovimi ioni, se srebrovi ioni vežejo na celične stene in membrane mikrobov in aktivirajo njihove sisteme transportnih encimov. Predpogoj za brezhibno učinkovitost je natančno odmerjanje, ki je prilagojeno pretoku vode oziroma moči vlaženja. Srebrovi ioni se lahko v ta namen sproščajo neposredno na elektrolizni enoti na mestu uporabe (vlažilnik zraka). Tako jih je mogoče odmerjati natančno in v majhnih korakih, z ustreznimi ločevalnimi površinami (npr. keramika) pa jih je mogoče znova odstraniti iz zraka in vode.

Na mikroorganizme, ki se pojavljajo tudi na teh keramičnih površinah, prav tako vpliva vlažilna voda s srebrom. Zaradi izhlapevanja vode se na keramiki nabira srebro. Mikroorganizmi so tako skorajda zaliti s srebrom in tako deaktivirani. Bakterije, ki se vnašajo prek zračnega toka, se prav tako prestrežejo in izločijo.

Tvorjenje biofilma je pod takimi pogoji zelo oteženo. Z oblogami srebrnih ionov na tovrstnih keramičnih površinah je v navlaženem zraku mogoče dokazati le še izjemno majhen delež srebra. S tem je izpolnjena tudi zahteva VDI 6022, 1. list, 4.3.7, ki prepoveduje prisotnost ostankov v dovodnem zraku. Boj proti biofilmom se tako izplača, saj je zmaga mogoča.


Dr. Rudolf Hüster, Javno priznan in zaprisežen izvedenec in lastnik podjetja Scienticon Wissenschaftliche Beratungen Dr. Hüster