Obecność biofilmu w instalacjach wodnych znacząco zwiększa ryzyko namnażania się mikroorganizmów, w tym groźnej dla zdrowia bakterii Legionella. Biofilm może również negatywnie wpływać na efektywność wymiany ciepła oraz przyspieszać procesy korozji, działając jak ich katalizator.

Co to jest biofilm?

Myśląc o mikroorganizmach w instalacjach wodnych, często wyobrażamy sobie bakterie przenoszone strumieniem wody prosto do kranu. W rzeczywistości dotyczy to jedynie około 10% drobnoustrojów. Aż 90% z nich żyje i namnaża się na wilgotnych, śliskich ściankach rur, tworząc tam trwały biofilm.

Śliskie warstwy na powierzchniach instalacji tworzą się w wyniku osadzania się bakterii, które wydzielają polisacharydy sprzyjające przyleganiu i rozwojowi kolonii. Takie powierzchnie charakteryzują się wyższym stężeniem składników odżywczych niż otaczająca je woda – właśnie ze względu na aktywność zgromadzonych tam mikroorganizmów.

Polisacharydowa otoczka biofilmu, w połączeniu z białkami, kwasami nukleinowymi i lipidami, tworzy strukturę zwaną matriksem – ochronną powłokę otaczającą kolonię mikroorganizmów.

Matriks zapewnia biofilmowi mechaniczną stabilność, umożliwiając zakotwiczenie komórek bakterii, pierwotniaków i glonów. Biofilm jest powszechnie obecny w niemal wszystkich systemach wodnych – można go znaleźć m.in. w kranach, słuchawkach prysznicowych, zbiornikach czy rurach.

Szczególnie niebezpieczne są miejsca, w których biofilm może stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia – należą do nich klimatyzatory, fontanny wodne oraz obiekty opieki zdrowotnej.

Dlaczego obecność biofilmu w instalacjach wodnych stanowi ryzyko dla wody?

Głównym problemem biofilmu jest to, że tworzy on barierę chroniącą bakterie przed działaniem środków dezynfekcyjnych i biobójczych. Stanowi idealne środowisko do namnażania się bakterii Legionella i innych patogenów. W przypadku braku regularnej eksploatacji systemów wodnych, biofilm może rozrastać się do znacznych rozmiarów, a nawet całkowicie blokować przepływ w tych częściach instalacji, w których cyrkulacja wody jest ograniczona (tzw. martwe odcinki). Jego struktura może także prowadzić do zapychania filtrów, złączek i innych elementów instalacji.

Nagromadzenie dużej ilości biofilmu może negatywnie wpływać na efektywność wymiany ciepła oraz przyspieszać procesy korozji, działając jak ich katalizator. Co więcej, badania wskazują, że bakterie Legionella wywodzące się z biofilmu są bardziej agresywne i wykazują większą zdolność do wywoływania infekcji.

Powyższe czynniki mogą znacznie zwiększyć ryzyko choroby legionistów, a konsekwencje dla zdrowia publicznego mogą być poważne.

Szacuje się, że około jedna na dziesięć osób zakażonych chorobą legionistów umiera. Sytuacja jest szczególnie niebezpieczna w placówkach opieki zdrowotnej — tam śmiertelność może sięgać nawet jednej czwartej przypadków. Najbardziej narażeni są pacjenci przyjmujący leki immunosupresyjne.

Obiektom, w których stwierdzono obecność bakterii Legionella, grożą surowe konsekwencje: grzywny, postępowania sądowe, a nawet kary pozbawienia wolności dla osób odpowiedzialnych za zaniedbania.

Biofilm a badania wody na obecności bakterii Legionella

Zaledwie około 10% bakterii Legionella znajduje się w wodzie przepływającej przez system. Aż 90% bytuje w osadach oraz warstwach biofilmu. Legionella pneumophila przechodzi przez dwie wyraźne fazy w swoim cyklu życiowym: fazę replikacji, w której intensywnie się namnaża i fazę mobilną, w której swobodnie przemieszcza się w wodzie w poszukiwaniu nowego żywiciela.

Jeśli do systemu wodnego nie zostanie wprowadzony biologiczny środek dyspergujący, Legionella będzie się swobodnie namnażać, aż do momentu wyczerpania dostępnych składników odżywczych – takich jak związki żelaza, zawiesiny czy zmętnienia w ciepłej wodzie. Wówczas bakteria przechodzi ponownie w fazę mobilną: opuszcza środowisko biofilmu, przedostaje się przez ścianę komórkową ameby i zaczyna poszukiwać nowego gospodarza, kontynuując cykl infekcji.

Może to mieć istotne konsekwencje dla wykrywania bakterii Legionella w obiegach wody pitnej, ponieważ jedynie około 10% całkowitej populacji tych bakterii występuje w wodzie w postaci swobodnej. Oznacza to, że rzeczywista liczba bakterii w systemie może być znacznie wyższa, niż wskazują standardowe wyniki badań próbek wody.

Jak zapobiec wzrostowi biofilmu w instalacjach?

Ma to istotne konsekwencje dla skuteczności wykrywania bakterii Legionella w systemach wody pitnej. Tylko około 10% całkowitej populacji tych drobnoustrojów występuje w wodzie w postaci swobodnej. Oznacza to, że faktyczna liczba bakterii obecnych w instalacji może być wielokrotnie wyższa niż wynika to z rutynowych analiz próbek wody.

Brak odpowiedniej cyrkulacji wody

Niski przepływ wody w instalacji sprzyja rozwojowi biofilmu oraz kolonizacji bakterii Legionella. Skuteczne ograniczenie ich wzrostu wymaga usuwania tzw. „martwych odcinków” oraz eliminacji fragmentów instalacji, które nie są regularnie eksploatowane. Ważne jest także precyzyjne wyregulowanie całego systemu wodnego, tak aby zapobiec tworzeniu się miejsc zastoju wody – to one najczęściej stają się ogniskami rozwoju biofilmu i patogenów.

Odpowiednie materiały

Przy projektowaniu i budowie systemów wodnych należy wybierać materiały, które nie sprzyjają namnażaniu mikroorganizmów. Największe ryzyko stwarzają elementy gumowe, mniejsze – tworzywa sztuczne, natomiast najbezpieczniejszym materiałem pod tym względem jest miedź. W przypadku tworzyw sztucznych, w wodzie miękkiej do średnio twardej, biofilm może pokrywać od 25 do 43% powierzchni instalacji. Dla miedzi ten udział wynosi maksymalnie 2%.

Materiał	Kolonizacja (jtk ×103/cm2)
	Mikroflora ogolnie	Legionella
Etylen-propylen copolymer	27 000	500
PCV	1070	11
Poliethylen	960	23
Polibutylen	180	2
Szkło	150	1,5
Miedż	70	0,7

Porównanie ilości bakterii według materiału rur

Jak pozbyć się Legionelli i innych mikroorganizmów w systemach wodnych?

W przypadku wykrycia Legionella, systemy wodne można poddać dezynfekcji za pomocą środków biobójczych, jonizacji miedzi i srebra, dezynfekcji termicznej lub promieniowania UV.

Dezynfekcja termiczna polega na podniesieniu temperatury wody w instalacji do co najmniej 70°C. Przykładowo, utrzymanie temperatury 70°C przez 72 godziny z 20–30-minutowym płukaniem może tymczasowo obniżyć poziom skażenia na końcówkach instalacji do zera. Jednak już po tygodniu skażenie może powrócić do poziomu 10%, a po miesiącu – nawet do 30–40%.

Promieniowanie UV jest bardzo skuteczne w eliminacji Legionella, ale działa wyłącznie przy aktywnej lampie UV i wymaga krystalicznie czystej wody. Dodatkowym ograniczeniem tej metody jest jej wyłącznie miejscowy charakter działania – nie dezynfekuje całego systemu.

Generatory
dwutlenku chloru

Eliminacja legionelli w instalacjach

Najbardziej niezawodną i sprawdzoną metodą jest chemiczna dezynfekcja wody za pomocą chloru, ozonu lub popularnego dwutlenku chloru (ClO2). Można go dozować do zimnej i ciepłej wody i ma dłuższy efekt w porównaniu z chlorem, podchlorynem, ozonem lub promieniowaniem UV.

Ogromną zaletą dwutlenku chloru jest to, że przenika on również do biofilmu i odległych części systemu wodnego. Bakterie są niszczone znacznie bardziej efektywnie niż w przypadku innych metod.

Żródła:

• www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/2018/biofilmy
• www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3856027/#b16-ijms-14-21660
• www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/legionellosis
• www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3856027/#b17-ijms-14-21660
• asu.pure.elsevier.com/en/publications/survival-and-nutritional-requirements-for-legionella-in-environme
• www.clo2.cz