Dlaczego powstający w rurach biofilm jest niebezpieczny?

Powstający biofilm w rurach to prawdziwa metropolia bakterii, która jest niebezpieczna dla użytkowników instalacji wodnych. Tłumaczymy czym dokładnie jst biofilm, skąd się bierze i jak można się go skutecznie pozbyć.

Specjaliści ze szwedzkiego Lund kilka lat temu przedstawili wyniki badań dotyczących zasiedlenia środowisk wodnych przez drobnoustroje. W opublikowanym artykule ujawniono, że w szklance wody przeznaczonej do spożycia może znajdować się prawie dziesięć milionów różnych bakterii. Nie ma jednak powodu do obaw – mikroby, w tym bakterie, są powszechnymi organizmami i naturalnie występują w przyrodzie. Większość z nich nie stanowi żadnego zagrożenia dla człowieka. Mimo to nie należy całkowicie lekceważyć ich obecności w instalacjach wody pitnej i użytkowej. W określonych okolicznościach liczba bakterii może znacznie wzrosnąć, przez co mogą stać się niebezpieczne dla ludzkiego zdrowia.

Nawet dziesięć milionów różnych bakterii w jednej szklance wody

Życie bakterii

Bakterie są powiązane z licznymi poważnymi chorobami, m.in.: zapaleniem płuc, cholerą, gruźlicą czy salmonellozą. Pierwsi naukowcy zajmujący się badaniami bakterii mieli do czynienia wyłącznie z ich planktoniczną formą, czyli drobnoustrojami swobodnie poruszającymi się w cieczy lub skupionymi w kolonie zasiedlające gleby. Woda i gleba to największe naturalne rezerwuary bakterii. Należy jednak podkreślić, że pojedyncze drobnoustroje znajdujące się w wodzie mają bardzo małą szansę na przeżycie. Większość bakterii funkcjonuje zatem w zupełnie inny sposób niż ten zaobserwowany przez pierwszych badaczy. Możliwość przeżycia w niestabilnym ekosystemie bakterie zawdzięczają umiejętności tworzenia wielowarstwowych formacji – biofilmów, zwanych także błonami biologicznymi.

Biofilmy – bakteryjne metropolie

Biofilmy to skomplikowane struktury wyższego rzędu. W ich budowie pomaga bakteriom cały „magazyn” narzędzi i materiałów. Pojedynczy organizm łączy się z docelowym miejscem za pomocą wici. Komórki bakterii są dodatkowo pokryte fimbriami – drobnymi wyrostkami podobnymi do włókien szczoteczek – za pośrednictwem których mogą przylegać do stałych powierzchni. Ich zadaniem jest również eliminacja polisacharydów zewnątrzkomórkowych funkcjonujących jako element uszczelniający, dzięki czemu możliwe jest połączenie pojedynczych bakterii oraz tworzenie z nich warstw.

Błona biologiczna staje się w ten sposób swoistym „superorganizmem” przetykanym licznymi szczelinami, otworami i kanalikami, przez które dostarczane są substancje odżywcze oraz odprowadzane produkty przemiany materii. Metabolizm prowadzi oryginalny system oparty na działaniu cząsteczek sygnałowych. Grubość biofilmu może wynosić nawet do kilkuset mikrometrów.

Warstwa biolobiczna – biofilm

Jak powstają biofilmy w instalacjach wody?

Z biofilmem można się zetknąć w przemyśle przetwórczym i spożywczym, w szpitalach (gdzie stanowi czynnik wywołujący zakażenie sprzętu medycznego czy implantów), a także przede wszystkim w wodociągach. Choć te ostatnie wypełnione są stale płynącą wodą, bakterie tworzące błonę biologiczną są w nich bezpieczne dzięki umiejętności przylegania do stałych powierzchni. Rurociągi są często zatykane przez osad, w wyniku czego dochodzi do korozji, a na ścianach rur gromadzi się kamień. Tworzy go najczęściej węglan wapnia, którego porowata struktura ułatwia bakteriom przyleganie do jego powierzchni.

W następstwie biofilmy zanieczyszczają płynącą wodę, przyczyniają się do korozji rur, a ich odpadające fragmenty stanowią zagrożenie dla człowieka. Bakterie znajdujące się w błonie biologicznej są bowiem znacznie odporniejsze na działanie metod dezynfekcji instalacji wody; zarówno dezynfekcja chemiczna, jak i termiczna, są w stanie wyeliminować wyłącznie pojedyncze drobnoustroje znajdujące się w wierzchnich warstwach biofilmu.

Biofilm nie zawsze szkodliwy!

Środowisko wodne wypełnione jest tysiącami gatunków mikroorganizmów. Jeszcze niedawno większość z nich nie była znana specjalistom, ponieważ nie wszystkie bakterie można hodować w warunkach laboratoryjnych. Dziś z pomocą przychodzą metody związane z biologią molekularną, jako że każdy gatunek ma unikalną strukturę DNA. Dzięki temu udało się ustalić, że w instalacjach wodnych mogą znajdować się błony biologiczne stworzone przez bakterie z reguły nieszkodliwe dla człowieka, takie jak Pseudomonas czy Sphingomonas, ale także przez bakterie wywołujące choroby, np. Legionella lub Escherichia.

Zmiękczanie wody – nie zawsze proste

Tzw. twarda woda obniżająca jakość i wytrzymałość instalacji jest często uzdatniana przy pomocy chemicznych lub fizycznych środków zmiękczających. Choć to dobra metoda do walki z kamieniem, jej użycie podnosi ryzyko zakażenia wody bakteriami znajdującymi się w biofilmach. Problemy może wywoływać np. uzdatnianie wody przez dodanie polifosforanów. Najnowsze eksperymenty międzynarodowego zespołu badawczego potwierdziły teorię, zgodnie z którą polifosforan jest w stanie naruszyć strukturę błony biologicznej, co pozwala na dalsze przenoszenie jej fragmentów do kolejnych elementów instalacji wodnej. Takie działanie jest szczególnie niebezpieczne w przypadku bakterii legionelli.

Spojrzenie w przyszłość – jak walczyć z biofilmem?

Walka z błoną biologiczną odbywa się przy użyciu tradycyjnych metod dezynfekcji instalacji wody (dezynfekcji chemicznej, dodawania inhibitorów korozji czy podwyższania temperatury wody). Oprócz tego specjaliści nadal poszukują tworzywa odpornego na korozję, które zabezpieczy rurociąg przed kamieniem, a jednocześnie nie będzie zbyt drogie. Naukowcy opracowują także sposób na zapobieganie oddzielaniu się fragmentów biofilmu podczas zmiękczania wody.

Do tej pory najskuteczniejszą metodą zwalczania bakterii znajdujących się w biofilmach jest dezynfekcja wody dwutlenkiem chloru, który wykazuje długotrwałe działanie w przeciwieństwie do zwykłego chloru, ozonu, dezynfekcji termicznej czy promieniowania UV. Ponadto dwutlenek chloru jest w stanie przeniknąć w głąb biofilmu oraz oddalonych elementów instalacji wodnej. Dużą zaletą jest fakt, że przy jego użyciu nie wytwarzają się produkty uboczne chlorowania. Skuteczność dwutlenku chloru nie zależy od pH wody, substancja bowiem efektywnie usuwa osad wewnątrz rurociągów, a także zwalcza różne rodzaje mikroorganizmów nawet przy bardzo niskim stężeniu (ok. 0,2 mg/l).