Dlaczego BIOFILM jest bardzo trudny do skutecznej eliminacji? Czym jest?

Biofilm inaczej membrana, błona biologiczna, Złożone skupisko drobnoustrojów powstające na granicy ciało stałe-ciecz, ciecz-gaz, ciecz-ciecz. Z tendencją do łączenia. Najczęściej te skupiska w postaci membrany biologicznej przylegają do powierzchni stałych lub komórek innych organizmów. To wielokomórkowy twór złożony z drobnoustrojów jednego lub wielu gatunków, rodzajów. Zdoloność do tworzenia biofilmu mają różne mikroorganizmy w tym drobnoustroje chorobotwórcze. Obok bakterii, grzyby, glony, pierwotniaki. To wielokomórkowa struktura otoczonej warstwą śluzu, hydrożelu Może przynosić korzyści i skutki negatywne. Bierze udział w procesach mikrobiologicznych w przyrodzie, np.: samooczyszczanie się wód powierzchniowych, podziemnych, oczyszczanie ścieków na złożach biologicznych. Działanie biofilmu jest też powodem poważnych strat w gospodarce i rozprzestrzeniania się skażeń chorobotwórczych. Zasiedlanie przez biofilm sieci wodociągowej jest zagrożeniem dla konsumentów wody i wzmaga korozję mikrobiologiczną. Mikroorganizmy budujące biofilm są inwazyjne oraz mogą wywołać groźne zakażenia. Okazuje się, że błona biologiczna z mikroorganizmami jest odporna na działanie temperatury oraz środków stosowanych popularnie do dezynfekcji. Ich odporność bierze się z możliwości wewnętrznej komunikacji białkowej oraz związanej z tymi informacjami hibernacji. W przemyśle spożywczym jest to szczególnie groźne.

Powstawanie biofilmu jest procesem związanym właściwościami tworzących go mikroorganizmów oraz kolonizowanych materiałów. Zasiedlenie ułatwia struktura powierzchni, jej uszkodzenia i chropowatość, np. porowaty kamień kotłowy będący osadem z twardej wody. Przed zasiedleniem powierzchni chroni ciśnienie wody oraz częsty jej rozbiór w infrastrukturze dystrybucji wody. Gdy nie ma tych elementów i komórki zbliżają się do powierzchni na odległość mniejszą niż 1,5 nm dochodzi do nieodwracalnego wytworzenia specyficznych wiązań między zasiedlaną powierzchnią i występującymi na powierzchni komórek adhezynami typu flagelle, fimbrie, pile oraz polimery polisacharydowe. Podstawową rolę w tym procesie odgrywają polimery zewnątrzkomórkowe (ESP) tworzące glikokaliks, dzięki któremu możliwa jest adhezja komórek mikroorganizmów do różnych powierzchni z tworzyw sztucznych czy metali. Ta adhezja nieodwracalna umożliwia tworzenie mikrokolonii i dojrzewanie biofilmu. Drobnoustroje namnażają się i różnicują. We wnętrzu biofilmu jest ograniczony dostępu tlenu i zmienia się ich metabolizm - wzrasta aktywność beztlenowych szlaków metabolicznych (desulfurikacji, denitryfikacji i fermentacji), zahamowaniu ulega też synteza niektórych enzymów (np. proteaz, fosfolipazy C) oraz toksyn. Przez te zjawiska komórki bakterii biofilmu wykazują inne cechy od komórek wolno żyjących. Dochodzi do zmian genetycznych przekazywanych następnie komórkom sąsiadom lub potomnym. Dojrzała forma biofilmu otoczona jest grubą warstwą glikokaliksu, do którego wchłaniane są minerały, związki organiczne i inne drobnoustroje. Ostatni etap rozwoju biofilmu osiąga krytyczną grubość i przestaje utrzymywać istniejącą formę. Następuje migracja komórek z peryferyjnych części tego dojrzałego biofilmu do otoczenia. Prawdopodobnie dochodzi do degradacji polimerowej matrycy, aktywacji aparatów ruchowych i zmian fizjologicznych w komórkach umożliwiających ich egzystencję poza macierzystym biofilmem. W ten sposób biofilm przystosowuje się do zmian środowiskowych i oderwane komórki rozpoczynają proces kolonizacji nowych powierzchni.   

Mechanizmy odporności biofilmu. Komórki mikroorganizmów zgromadzone w biofilmie są bardziej odporne na działanie czynników zewnętrznych od tych w postaci planktonu. Odporność ta wynika ze specyficznej struktury biofilmu. Komórki biofilmu są otoczone lepkim polimerem (EPS), który ogranicza dyfuzję groźnych dla struktury substancji oraz wysychaniem. W miarę dojrzewania biofilmu, następuje większy udział składników polisacharydowych w otoczce, zwiększając liczbę wolnych grup funkcyjnych co wiąże się ze wzrostem odporności mikroorganizmów. Odporność wynika z warunków życia wewnątrz biofilmu. Mniejsza zawartość tlenu, a w głębszych warstwach biofilmu nawet warunki beztlenowe. Część komórek przechodzi w stan anabiozy i metabolizm i namnażanie wewnątrz struktury biofilmu są zwolnione. Niektóre środki przeciwbakteryjne działają wyłącznie na komórki aktywne metabolicznie, przejście w fazę stacjonarną komórek w wewnętrznej strefie biofilmu jest związane ze zmniejszeniem ich wrażliwości na te substancje dezynfekujące. W dojrzałym biofilmie uruchamiane są także geny odpowiedzialne za syntezę enzymów rozkładających wolno dyfundujące substancje przeciwbakteryjne. Zagrożenia chorobowe spowodowane bakteriami, to znane wszystkim Legionelloza. Korozja biologiczna natomiast jest przyczyną niszczenia instalacji oraz niekontrolowanego zwiększonego stężenia metali rozpuszczonych w wodzie, co jest bezpośrednim zagrożeniem dla osób pijących wodę.

Wspomniana odporność biofilmu sprawia, że większość metod dezynfekcji instalacji wody jest nieskuteczna. Czasem zmniejsza zagrożenie, częściej usypia nie tylko bakterie ale i dział techniczny placówki. Do następnych badań wody.

1. Przegrzew bardzo powszechnie stosowana metoda polega na podniesieniu temperatury wody powyżej 63°C i przepłukanie całej instalacji wody. W momencie kiedy na powrocie temperatura jest niższa (często tak się dzieje) procedura jest nieskuteczna a spore pieniądze zmarnotrawione. Przegrzew wg. procedury zabija część bakterii nie gwarantując usunięcia biofilmu z całej instalacji. Dlatego dezynfekcja termiczna wody zalicza się do metod pozwalających na zmniejszenie zagrożenia bez całkowitego zwalczenia skażenia.

2. Dezynfekcja chemiczna. Kolejna powszechna metoda. Dozuje się do wody wysokie stężenia substancji chemicznych, które usuwają bakterie wewnątrz instalacji wodnej. Używa się najczęściej chemii: dwutlenek chloru, podchloryn sodu. Po ok. 2 h od wprowadzenia chemii dokładnie płucze się instalację do całkowitego usunięcia środków chemicznych z sieci wodnej. W trakcie  dezynfekcji chemicznej użytkownicy nie powinni mieć dostępu do poboru wody.

3. Kolejną popularną metodą dezynfekcji jest stosowanie stałej dawki chemicznej: dwutlenku chloru lub podchlorynu sodu. Stężenia muszą być monitorowane, nie mogą zagrażać użytkownikom. Często zdarza się po badaniach z wynikiem pozytywnym na Legionellę podkręcanie dawki stężenia chemii. Powoduje to korodowanie instalacji objawiające się po niedługim czasie brązową wodą. Często stosuje się te dwie metody tzw. przegrzew oraz zwiększone dawki chemiczne. Obie metody wpływają bardzo dewastacyjne na instalacje wodne nie osiągając celu lub na krótki czas zmniejszając skażenie chorobotwórcze.

4. Jony metali ciężkich, srebro, miedź można dodawać do wody elektrolitycznie albo jako sole metali. Przy dozowaniu elektrolitycznym, elektrody jednostki jonizacyjnej powinny być czyszczone z osadu mineralnego. Większość badań opiera się na łącznym zastosowaniu dwóch jonów metali. Utrzymanie wysokich temperatur w instalacji wody poprawia działanie jonizacji srebra/miedzi, ale przy wysokich poziomach pH skuteczność jest słaba. Niektóre badania jonizacji srebra/miedzi nie zmniejszyło kolonizacji Legionelli, to w przypadku aktywacji po ok. roku zauważono pewną skuteczność w zwalczaniu Legionelli, jednak znowu długotrwałe jonizowanie wytwarza odpornośc na te jony. Niepowodzenia można wyjaśnić niskimi stężeniami jonów lub wysokim pH wody, które jest czynnikiem niskiej skuteczności jonów metali ciężkich w walce z Legionellą. Podwyższenie znowu stężenia jonów wiąże się z przekroczeniem dopuszczalnych norm. Stały monitoring stężeń jonów metali jest obowiązkowe w przypadku wody pitnej. Niektóre kraje nie zezwalają na stosowanie miedzi wykluczając stosowanie jonizacji miedzi/srebra. Srebro jest toksyczne nawet przy niewielkich wartościach w wodzie spożywczej. Koszt instalacji i serwisowania jest spory. Elektrody muszą być regularnie czyszczone z kamienia. Poziom jonów metali może ulegać zmianom i monitoring ich poziomu jest konieczny. Nadmierny ich poziom może odbarwiać wodę i powierzchnie.  Jonizacja tymi metalami nie jest w stanie całkowicie wyeliminować bakterii Legionelli z infrastruktury wody, ponieważ nie jest skuteczna w przypadku często występującego biofilmu skolonizowanego przez różne bakterie. (patrz wyżej odporność biofilmu/membrany biologicznej) 

Fotografia powyżej pokazuje monokryształy powstałe w oddziaływaniu specjalnego prostokątnego impulsu generatora ACTIW IMPULS PRO (Active Impulse Pro) Na poprzedniej stronie zdjęcie mikroskopowe przed działaniem generatora.

JAK w takim wypadku SKUTECZNIE usunąć z instalacji zagrożenie chorobotwórcze, nie niszcząc instalacji wodnej przez częste przegrzewy oraz wysokie stężenia chemii podchlorynu sodu i ditlenku chloru? Dlaczego metody dezynfekcji ACTIW WATER na bazie HOCl oraz impulsami elektromagnetycznymi ACTIW IMPULS PRO poniżej przedstawione są skuteczne w przeciwieństwie do popularnie stosowanych? Działają w trzech skutecznych krokach.

1. Metoda szybkiej dezynfekcji tzw. wypalenia. Udostępniamy procedurę i narzędzia, również do samodzielnego wykonania dezynfekcji. Mobilny miernik ACTIW SD 60 w połączeniu z ACTIW WATER/LEGIONELLA pozwala na monitoring procedury i potwierdzenie usunięcia zagrożenia już w trakcie dezynfekcji. Skuteczne i szybkie (kilka godzin w zależności od wielkości instalacji wodnej oraz wartości skażenia) bezinwazyjne dla instalacji. Bez ADR, bezpieczne dla ludzi i zwierząt.

2. Metoda usuwania kalcytu za pomocą generatora ACTIW IMPULS PRO (ACTIVE IMPULS PRO). Kamień kotłowy w rurach wodnych jest przyjazną, porowatą bazą dla rozwoju biofilmu. Generator impulsowy ACTIW PRO skutecznie usuwa kalcyt. Profilaktycznie zabezpiecza tym sposobem możliwości do zaczepienia i rozwoju biofilmu i związanych z tym zanieczyszczeń biologicznych.

3. Metoda dozowania ACTIW WATER 2000 ppm za pomocą pompy z lancami: ssącą oraz dozującą tzw. dawkami utrzymującymi. Sposób ten po usunięciu porowatych osadów z twardej wody z wewnętrznej powierzchni rur jest postawieniem kropki nad „i” w skutecznej dezynfekcji systemu dystrybucji wody. Ciągłe działanie generatora ACTIW IMPULS PRO (niskie koszty prądu ok.50-300 zł rocznie w zależności od średnicy rury) rozpuszcza zastany kamień wodny a następnie po oczyszczeniu rur wodnych utrzymuje skutecznie instalacje wolną od osadów wodorowęglanu wapnia. Brak osadów z porowatego kalcytu zapobiega zaczepieniu bakterii do wew. pow. rur i profilaktycznie broni instalacje od kolonizacji biofilmu i zawartych w nim różnych struktur bakteryjnych. Ponieważ biofilm i struktury mikroorganizmów w nim zawartych oddycha beztlenowo powoduje korozje bakteryjną nie tylko na instalacjach z metalu ale i z tworzyw sztucznych. Czas kolonizacji i bytowania w instalacji biofilmu powoduje jego coraz większą odporność oraz trudności z usunięciem.

Brak zabezpieczenia przed osadem z kamienia generuje kilka problemów. Aspeky dewastacyjne dla infrastruktury wodnej i szkodliwych zdrowotnie. Zarastanie rur wodnych tworzy warstwę izolującą termicznie i generuje koszty energii. Zmniejsza średnice przepływu wody niezgodną z projektem. Powoduje to zmiany ciśnienia i zmiany funkcjonalności układu hydraulicznego niezgodnego z wstępnym planem inżynierskim. Porowaty kamień w rurze jest przyjazną bazą dla zaczepienia się bakterii i tworzenia struktur złożonych w postaci biofilmu. Przegrzewy instalacji wody często robione z błędami powodują dewastacje rur oraz spore koszty energetyczne bez wyeliminowania zagrożenia chorobotwórczego. Chemiczne usuwanie biofilmu za pomocą podchlorynu sodu i dwutlenku chloru zmniejsza kolonie np. Legionelli, ale nie usuwa jej całkowicie. W obu przypadkach rekolonizacja następuje dość szybko np. po kilku tygodniach.

ACTIW WATER ze stabilizowanym czystym HOCl bez ujemnego ładunku jest zabójczy dla biofilmu. W przeciwieństwie do ujemnego odpychającego ładunku chloru ACTIW WATER 2000 ppm wnika w membranę biologiczną zabijając szybko i skutecznie. Jest jak „koń trojański”. 

Całą procedurę usuwania biofilmu można monitorować mobilnym podręcznym miernikiem ORP. 

Udostępniamy takie procedury (z narzędziami) do samodzielnej dezynfekcji.

Technologia ACTIW IMPULS PRO plus ACTIW WATER

Zastosowanie: 

• Usuwanie związków mineralnych z powietrzni rur, zbiorników, wymienników ciepła, armatury itp
• Usuwanie biofilmów, szlamu organicznego, złogów organicznych zatykających rurociągi
• Eliminacja sprzyjającego środowiska dla rozwoju i kolonizacji mikroorganicznej w tym Legionelli
• Dezynfekcja wody ze skutecznością usuwania biofilmów

Korzyści:

• Prosty bezinwazyjny montaż
• Brak ścieków w postaci wód popłucznych i solanek
• Minimalny pobór prądu
• Kompleksowe oddziaływanie w zakresie ochrony mikrobiologicznej.
• Obniżenie zużycia energii w przypadku wymienników ciepła podgrzewaczy itp.
• Ochrona sieci dystrybucji wody przed izolatorem termicznym i dewastacyjnym kamieniem wodnym, kalcytem

Procedura montażu generatora ACTIW IMPULS PRO (ACTIVE IMPULSE PRO) 

                                                                                                               

typ urządzenia	L(mm)
ACTIW IMPULS PRO 50	200
ACTIW IMPULS PRO 65	200
ACTIW IMPULS PRO 80	250
ACTIW IMPULS PRO 100	250
ACTIW IMPULS PRO 125	300
ACTIW IMPULS PRO 150	300
ACTIW IMPULS PRO 200	500
ACTIW IMPULS PRO 250	500
ACTIW IMPULS PRO 300	800
ACTIW IMPULS PRO 400	800
ACTIW IMPULS PRO 500	800

W razie jakichkolwiek pytań, prosimy o kontakt: grzegorz@actiw.pl tel. +48 71 321 86 91