Środki chemiczne do walki z biofilmem

Parametry wody przeznaczonej do zastosowań spożywczych, higienicznych, medycznych i przemysłowych muszą odpowiadać obowiązującym normom. Jednym z poważniejszych zagrożeń jest gromadzenie się w instalacjach wodnych zanieczyszczeń mikrobiologicznych, które mogą poważnie zagrażać zdrowiu osób korzystających z wody lub tworzonych za jej pomocą produktów. Jednym z większych problemów jest tzw. biofilm.

Zagrożenia związane z powstawaniem biofilmu i trudności z jego usuwaniem

Instalacje przeznaczone do dostarczania wody powinny zapewniać możliwość zapobiegania przedostawaniu się do niej zanieczyszczeń, które mogłyby wpłynąć na jej parametry użytkowe. Choć zastosowanie odpowiedniej filtracji wody może pomóc w usunięciu dostających się do niej ciał obcych i substancji chemicznych, to dodatkowym zagrożeniem jest osadzanie się i namnażanie wewnątrz przewodów, zbiorników oraz używanych zaworów różnych drobnoustrojów chorobotwórczych. Wymaga to stosowania odpowiednich metod, które pozwolą na ich skuteczne unieszkodliwianie i pozbywanie się z wnętrza infrastruktury przesyłowej. Jednym z większych problemów, z jakimi trzeba się zmierzyć, są błony biologiczne, tworzące duże i trudne do usunięcia kolonie potencjalnie niebezpiecznych organizmów.

Woda stanowi znakomite środowisko do rozwoju organizmów żywych, w tym takich, które mogą stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi, którzy z niej korzystają. Istnieje wiele szczepów bakterii, które mogą wywołać niebezpieczne choroby, włącznie z cechującymi się wysoką śmiertelnością. W zależności od rodzaju instalacji wodnej oraz panujących w niej warunków, a zwłaszcza ciśnienia, poziomu przepływu i temperatury mogą to być m.in. pałeczki Legionella, przenoszące się za sprawą wdychania aerozolu wodnego, które powodują ciężką postać płucną choroby Legionistów czy choćby Pseudomonas aeruginosa albo Acinetobacter Baumannie. W wodzie mogą się także znaleźć grzyby, np. drożdżaki z rodzaju Candida. Dużym wyzwaniem jest jednak nie tylko ich obecność, ale również forma, w jakiej występują, czyli tzw. biofilm – informuje pracownik firmy Global Concepts 2000, specjalizującej się w systemach uzdatniania wody i preparatach do jej dezynfekcji.

Biofilm zwany również błoną biologiczną jest jednym z podstawowych sposobów bytowania mikroorganizmów. Bakterie, glony oraz pierwotniaki niezbyt często występują jako oddzielne organizmy unoszące się w wodzie. O wiele częściej tworzą złożone kolonie, które znajdują się zazwyczaj na granicy dwóch środowisk, np. na powierzchni ciała stałego otoczonego cieczą tak, jak we wnętrzu instalacji wodnej. Co równie charakterystyczne biofilm jest zwykle tworzony przez wiele rodzajów poszczególnych gatunków, np. przez pałeczki kilku albo kilkunastu gatunków bakterii.

Błona biologiczna, będąc w istocie tworem wielokomórkowym, przylega do powierzchni dzięki sile adhezji. Na jej wielkość wpływa rodzaj materiału, z jakiego wykonana jest instalacja. Im bardziej jest on porowaty i nieregularny, tym powstawanie błony będzie następowało szybciej. Za przyleganie do powierzchni są odpowiedzialne również wytwarzane przez grzyby, bakterie i pierwotniaki substancje chemiczne, a w wielu przypadkach również ich fimbrie i rzęski pomagające bakteriom w dołączaniu do innych organizmów.

Mikroorganizmy tworzące biofilm kolonizują powierzchnię w kilku etapach. Początkiem jego rozwoju jest wytworzenie pojedynczej warstwy, na której osadzają się kolejne. Czynnikiem, który jest niezwykle istotny, zarówno w tworzeniu się błony biologicznej, jak i w jej późniejszej odporności jest warstwa pokrywającego kolonię drobnoustrojów śluzu, tzw. pozakomórkowej substancji polimerycznej (Extracellular Polymeric Substances, EPS). Jest on zarówno barierą ochronną biofilmu, jak i sposobem na wychwytywanie i gromadzenie niezbędnych kolonii związków organicznych i mineralnych.

Warto pamiętać o tym, że funkcjonujący biofilm, to nie tylko same mikroorganizmy, które mogą wywołać rozmaite schorzenia, ale także produkowane przez nie toksyny. Współwystępujące w błonie biologicznej drobnoustroje zmieniają bowiem swoje funkcjonowanie i często wytwarzają inne związki chemiczne niż wówczas, gdy znajdują się poza tą strukturą.

Kolejnym zagrożeniem ze strony biofilmu jest fakt, że jest on zdolny do tzw. dyspersji, czyli uwalniania części zgromadzonych w nim komórek, które zasiedlają kolejne powierzchnie. Do rozprzestrzeniania się drobnoustrojów dochodzi zwykle albo wówczas, gdy grubość biofilmu osiągnie swoje maksimum ograniczające wewnętrzną dystrybucję niezbędnych substancji lub w następstwie niekorzystnej zmiany warunków.

Biocydy w walce z biofilmem powstającym w instalacjach wodnych

Skuteczna walka z biofilmem jest niezbędna wszędzie tam, gdzie występuje ryzyko jego powstawania. Warto pamiętać, że gromadzące się w nim związki są zagrożeniem zdrowotnym dla ludzi i zwierząt. Bakterie, grzyby i pierwotniaki składające się na błony biologiczne w wielu przypadkach prowadzą do infekcji układu mięśniowo-szkieletowego, zakażenia dróg żółciowych, czy choćby zapalenia ucha środkowego, paradontozy czy rozwoju próchnicy. Jednocześnie zarówno ze względu na działanie chroniącego kolonię EPS, jak i istniejących sił wzmagających kohezję, czyli wzajemne przyleganie komórek, eliminacja biofilmu jest dość trudna za pomocą metod mechanicznych, np. zwiększenia ciśnienia. W zależności od rodzaju mikroorganizmów tworzących błonę biologiczną skuteczne bywa stosowanie wysokiej temperatury, co jednak nie zawsze będzie możliwe ze względu na rodzaj instalacji, jak i ograniczenia techniczne. O wiele bardziej skuteczne jest w takim przypadku użycie odpowiednich środków chemicznych do usuwania biofilmu w postaci biocydów.

Działanie biocydów stosowanych do usuwania biofilmu powinno prowadzić zarówno do zniszczenia samego osadu, jak i wyeliminowania form przetrwalnikowych znajdujących się w wodzie. Użyte środki muszą więc być na tyle wszechstronne, by radzić sobie ze składnikami tworzącymi tzw. EPS, czyli otoczkę wokół skupisk mikroorganizmów oraz ich ścianami komórkowymi. Stosowane do walki z biofilmem preparaty to najczęściej substancje o działaniu utleniającym, które charakteryzują się dość szybkim uzyskiwaniem efektów oraz substancje nieutleniające, potrzebujące nieco więcej czasu. Zaletą środków nieutleniających jest wyeliminowanie zmian w składzie chemicznym wody, podczas gdy związki utleniające mogą powodować powstawanie wielu produktów ubocznych.

Preparaty do usuwania biofilmu wykorzystujące inne mechanizmy niż gwałtowne utlenianie charakteryzują się bardziej wybiórczym działaniem. Po pokonaniu bariery błony komórkowej mogą one blokować wybrane mechanizmy biologiczne niezbędne do funkcjonowania poszczególnych drobnoustrojów, np. powstrzymywać syntezę ścian komórkowych, ograniczać metabolizm, czy zakłócać homeostazę komórek. Podstawową korzyścią ze stosowania biocydów nieutleniających jest fakt, że nie powodują one nagłego wzrostu w wodzie poziomu szkodliwych substancji. Istnieje wiele preparatów, które wykorzystują szerokie spektrum związków chemicznych, m.in. aldehyd glutarowy, DBNPA–2,2-dibromo-3-nitrylopropion-amid, polimerowe pochodne guanidydyny i biguanidydy albo czwartorzędowe związki amoniowe.

Biocydy utleniające to substancje gwarantujące szybkie działanie, dość istotnie zmieniające jednak skład chemiczny wody, nierzadko wymuszając dodatkowe płukanie instalacji. Wśród aktywnych składników preparatów utleniających do pozbywania się błony biologicznej znajdują się m.in. związki chloru np. ditlenek chloru albo podchloryn sodowy. Ich stosowanie nie zawsze będzie dobrym rozwiązaniem, ze względu na możliwość powstawania toksycznych substancji ubocznych. Zdecydowanie bardziej bezpieczne jest wykorzystywanie ozonowania. W jego efekcie nie dochodzi do powstawania dodatkowych środków, które muszą być neutralizowane, a sam ozon bardzo szybko ulega rozpadowi. Niestety instalacje do ozonowania są dość kosztowne i w wielu przypadkach nieopłacalne.

Wybór rodzaju biocydu powinien zawsze być uzależniony od rodzaju instalacji, która wymaga czyszczenia. Liczyć będzie się również stosowana procedura. W wielu przypadkach jednorazowe zastosowanie bardziej agresywnie działających biocydów utleniających, nawet jeśli wymaga późniejszego czyszczenia, usuwania i neutralizacji powstałych związków chemicznych, może się okazać dobrym rozwiązaniem, zwłaszcza gdy nie ma gwarancji, że środki nieutleniające przyniosą oczekiwane rezultaty.

W wielu przypadkach realizowaną strategią walki z biofilmem jest łączenie podawania środków utleniających w ramach tzw. dezynfekcji szokowej, a po ich usunięciu kontynuacja procesu w postaci tzw. dezynfekcji podtrzymującej. Częstą praktyką jest przy tym wybór preparatów, które oferują szersze możliwości, np. jednoczesną walkę z kamieniem kotłowym czy zapobieganie powstawaniu ognisk korozji.