Artykuł jako PDF

• walka z biofilmem

Instalacja do nawilżania powietrza powinna nawilżać powietrze, a dokładniej rzecz ujmując — zwiększać względną wilgotność powietrza. W tym celu powietrze zostaje wzbogacone wodą. W przypadku nawilżania adiabatycznego drugorzędne znaczenie ma fakt, czy woda dostaje się do powietrza w procesie natryskiwania, rozpylania czy parowania. Najważniejsze jest, by z higienicznego punktu widzenia woda była wysokiej jakości. Wytyczna VDI 6022 cz. 1 (zielony druk) podaje w związku z tym: „Woda doprowadzana do nawilżacza musi spełniać wymagania mikrobiologiczne określone w rozporządzeniu w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi”. Głównym aspektem tego wymogu jest kwestia zapobiegania powstawaniu biofilmu.

Właściwości wody stosowanej do nawilżania powietrza
Stosowanie wody pitnej do nawilżania powietrza pozwala w zasadzie rozwiązać problem. Jednak woda pitna, woda źródlana lub mineralna także zawierają drobnoustroje. Nie mogą wprawdzie zawierać żadnych chorobotwórczych bakterii, grzybów, wirusów czy pierwotniaków (Giardia), ale maksymalnie 100 bakterii na ml to już dość konkretna ilość. Rozpylanie takich drobnoustrojów wraz z wodą nie powinno jednak powodować żadnego zagrożenia zdrowia i życia. Bezpośrednie rozpylanie wody bieżącej, pitnej lub wody z kranu może po pewnym czasie powodować odkładanie się osadu wapna i soli w systemie kanałów, podobnie jak w kopalni. Ponadto w wilgotnych obszarach osady te stanowią wyjątkowo dobre środowisko do rozwoju mikroorganizmów zawartych w wodzie pitnej. Mogę one zasiedlać te miejsca i namnażać się, tworząc duże kolonie. Woda stosowana do nawilżania powietrza nie powinna więc zawierać soli ani wapna. Niezbędne do tego celu instalacje uzdatniania wody stanowią jednak często sprzyjające miejsca do rozwoju i namnażania się mikroorganizmów.

Czynniki zagrożenia ze strony biofilmów
W instalacjach doprowadzania wody bakterie obecne są pod dwiema postaciami: swobodnie pływające w wodzie lub tworzące tzw. biofilm. Drobnoustroje, zanurzone w lepkich, ciągliwych substancjach polimerycznych wydzielanych pozakomórkowo (EPS) i tworzące biofilm, występują na wszystkich wilgotnych powierzchniach. Uciążliwe zwalczanie biofilmu w systemach oczyszczania wody to codzienność w przypadku technologii półprzewodników czy w branży farmaceutycznej. Biofilm osadza się w jednostkach wymiany jonowej, stosowanych w instalacjach do zmiękczania lub całkowitego odsalania wody, może zasiedlać moduły stacji odwróconej osmozy, a także — w zależności od budowy — przenikać przez membrany do permeatu (filtratu). Ponadto biofilm występuje również na ściankach rur wylotowych i zbiorników buforowych. W przypadku otwartych zbiorników buforowych, z otaczającego powietrza mogą dostawać się drobnoustroje, które w jeszcze większym stopniu stymulują tworzenie się biofilmu. Mimo tak agresywnej penetracji trudno stwierdzić występowanie biofilmów w najlepszych instalacjach uzdatniania wody. Gdy biofilm silnie się rozrośnie i znajdzie w fazie stacjonarnej, rośnie dalej, ale nie zwiększa już swojej objętości. W tej fazie uwalnia on tyle drobnoustrojów, ile jest w stanie wyprodukować na nowo w wyniku podziału komórkowego. Wtedy też następuje dynamiczny wzrost liczby drobnoustrojów w wodzie. Dezynfekcja wody w większości przypadków nie działa na biofilmy i nie jest odpowiednią metodą skutecznego zapobiegania ich tworzeniu się. Fragmenty biofilmu (bio-envelopes), które stale odrywają się w fazie stacjonarnej, mogą następnie zasiedlać wszystkie wilgotne miejsca instalacji klimatyzacyjnej (np. nawilżacze powietrza).

Tworzenie się nowych biofilmów oraz dalsze namnażanie się bakterii dotyczy przede wszystkim miejsc o dużej wilgotności i tych, gdzie stale występuje woda, a nie są podejmowane żadne działania zapobiegawcze. W związku z tym higieniczne nawilżanie powietrza wiąże się zawsze z problemem zwalczania biofilmów. Wiele wymogów zaktualizowanej wytycznej VDI 6022 cz. 1 zmierza w tym kierunku, nawet jeśli nie występuje w niej samo pojęcie „biofilm”. W związku z tym w pkt 3.6 można przeczytać: „Materiały stosowane w miejscach, w których występuje przepływ powietrza i w których zgodnie z przeznaczeniem należy liczyć się z większą wilgotnością względną lub obecnością wody, nie mogą stanowić siedliska dla mikroorganizmów”. Dalej: „Materiały, struktura powierzchni i geometryczne kształty elementów instalacji nie powinny umożliwiać odkładania się zanieczyszczeń” (VDI 6022 cz. 1 pkt 4.1.1), jak również „...mikrobiologicznego wzrostu na powierzchniach elementów odpowiedzialnych za przepływ powietrza (...) oraz na powierzchniach, których wilgoć wynika ze względów technologicznych” (VDI 6022 cz. 1 pkt 4.2).

Warunki życia biofilmów
Biofilmy mogą niestety występować niemal na wszystkich powierzchniach. W tabeli 1 przedstawiono, w jak trudnych warunkach środowiska biofilmy są w stanie rozrastać się oraz podano zakresy wartości, w jakich mogą żyć mikroorganizmy w biofilmach. Stwierdzono również występowanie biofilmów w przewodach doprowadzających środki dezynfekcyjne, a w innych przypadkach były one w stanie przetrwać mimo stężenia chloru na poziomie przekraczającym 2 mg/l.

Tabela 1. Rozpiętość warunków życia mikroorganizmów w biofilmach
Zakres temperatur	Od –12 ˚C do 110 ˚C
Zakres pH	Od pH 1 do > pH 13
Ciśnienie hydrostatyczne	Od > 0 do > 1400 barów
Potencjał oksydacyjno-redukcyjny	Wszystkie wartości równowagi oksydacyjno-redukcyjnej wody
Zasolenie	Od 0 do nasyconych roztworów wody morskiej
Składniki pokarmowe	Od 10 µg Corg/l do podanych bezpośrednio w źródłach dotyczących składników pokarmowych
Materiały powierzchniowe	Metale (także miedź), beton, tworzywa sztuczne, szkło, minerały, oleje mineralne i tłuszcze, kropelki nafty, tkanki pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, kości itp.
Odporność na promieniowanie	Obecność biofilmów wykrywano w zagłębieniach osłon kwarcowych lamp UV, a nawet na źródłach promieniowania radioaktywnego (> 500 krad)

Zwalczanie biofilmów
Usuwanie utworzonych już biofilmów jest długotrwałe i uciążliwe. Każdy z nas wie, z czym wiąże się zwalczanie bioflimu: to jak walka z kamieniem nazębnym.
Zgodnie z wytyczną VDI 6022 cz. 1 pkt 4.3.7 należy zapobiegać wzrostowi liczby drobnoustrojów powyżej wartości granicznej 1000 CFU/ml, a więc dziesięciokrotności maksymalnej liczby drobnoustrojów dopuszczalnych w wodzie pitnej, stosując odpowiednie instalacje do usuwania drobnoustrojów w połączeniu z regularnym czyszczeniem i suszeniem. Gdy jednak biofilmy utworzą się w sieci wodociągowej, nie wystarczy jej krótkotrwałe wysuszenie. W napęczniałej macierzy biofilmu związane są duże ilości wody, dlatego proces jej wysychania trwa bardzo długo i jest spowalniany przez jej powierzchnię. Wiele systemów czyszczących dociera wyłącznie do górnych warstw biofilmu.

Zbity biofilm można usunąć tylko mechanicznie w procesie stosunkowo mocnego szorowania. Odpowiednim procesem, ale związanym ze znacznymi nakładami na w instalację nawilżania powietrza, jest wytrawianie biofilmu przy użyciu ługu, a następnie przepłukanie kwaśnym roztworem. Stosunkowo łagodniejsze jest enzymatyczne miażdżenie macierzy EPS, emulgowanie pozostałości skutecznymi substancjami powierzchniowo czynnymi oraz końcowa dezynfekcja nadtlenkiem wodoru. Osoby obeznane z kwestiami liczby personelu i harmonogramów instalacyjnych mogą sobie wyobrazić, jaki entuzjazm wzbudzają tego typu metody czyszczenia.

Zapobieganie tworzeniu się biofilmów
Decydujące znaczenie ma zapobieganie tworzeniu się biofilmów na początkowym etapie. Zapobieganie tworzeniu się biofilmów ma kluczowe znaczenie dla higienicznego nawilżania powietrza. Obecnie można zapobiegać tworzeniu się biofilmów w instalacjach przy zastosowaniu zaledwie kilku metod. Nie istnieją jeszcze systemy kanałów wentylacyjnych, które poddaje się ciągłemu działaniu promieni UV. Inne, potencjalnie dostępne układy są jeszcze blokowane patentami lub przepisami prawa i nie można z nich korzystać. Z tego względu obecnie można jedynie sięgać po substancje zapobiegające tworzeniu się biofilmów (substancje redukujące liczbę drobnoustrojów).

Zgodnie z wytyczną VDI 6022 cz. 1 pkt 4.3.7 dozwolone jest stosowanie metod dezynfekcji wody doprowadzanej i obiegowej w urządzeniach nawilżających, których skuteczność została potwierdzona w praktyce, bezpiecznych ze zdrowotnego punktu widzenia oraz zapewniających dopływ niezanieczyszczonego powietrza. Głównie ze względu na wymaganie dotyczące braku zanieczyszczeń, drastycznie zmniejsza się liczba dostępnych środków i rozwiązań.

Nikt nie chce wdychać biocydów. Stosowany produkt musi być więc skuteczny wobec biofilmów lub wobec czynników je wywołujących i powinien ulegać rozkładowi lub przynajmniej wytrąceniu przed przedostaniem się do dróg oddechowych. Z tego powodu obecnie można brać pod uwagę wyłącznie cztery substancje: ozon, nadtlenek wodoru, dwutlenek chloru i srebro.

Środki o działaniu utleniającym likwidujące drobnoustroje
Ozon oraz nadtlenek wodoru reaguje z bakteriami, materiałem organicznym oraz zanieczyszczeniami powietrza wykazującymi tendencje do utleniania. Jednak po procesie nie zawsze da się dokładnie ocenić czystość powietrza i powierzchni, a także fakt, czy ozon i nadtlenek wodoru całkowicie uległy reakcji lub rozpadowi przed wtłoczeniem powietrza do klimatyzowanych pomieszczeń. Przynajmniej w przypadku ozonu pewne ilości śladowe w powietrzu są akceptowalne. W warunkach naturalnych (góry, las, morze) stężenie ozonu w wysokości 20–30 ppb jest uznawane za normalne i postrzegane jako przyjemne. Przy silnym promieniowaniu słonecznym stężenie ozonu w powietrzu może osiągać wysokie wartości i stanowić zagrożenie dla zdrowia ludzi. Ostrzeżenia przed zagrożeniem związanym z ozonem w miesiącach letnich są nam wszystkim dobrze znane. Zgodnie z wytyczną VDI 2310 górna granica stężenia ozonu w powietrzu dla czasu ekspozycji maks. 30 min wynosi 60 ppb.

Osiągnięcie skutecznego i jednocześnie bezpiecznego dla zdrowia stężenia wymaga zatem dokładnego dozowania. Także skuteczność dwutlenku chloru zależy od dozowania oraz od poziomu zanieczyszczenia powietrza. Precyzyjne dozowanie jest niezbędne również po to, aby zapobiec wdychaniu dwutlenku chloru. Zaletą stosowania tego typu utleniacza jest rozkład zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu, a tym samym uzyskanie efektu w zakresie oczyszczania powietrza. Użycie utleniających środków likwidujących drobnoustroje zależy w dużej mierze od dokładnej, zależnej od obciążenia technologii pomiaru, sterowania i dozowania. Ozon, nadtlenek wodoru i dwutlenek chloru stosuje się tylko wtedy, gdy istnieje pewność, że technika dozowania jest niezawodna.

Srebro jako substancja antymikrobiologiczna
Metal szlachetny, jakim jest srebro, posiada dobre właściwości eliminowania drobnoustrojów. Nie chodzi o srebro w dużych sztabkach, w postaci granulatu lub w formie posrebrzanej ceramiki. Srebro jest skuteczne w postaci jonów lub cząsteczek o wielkości rzędu nanometrów — jest to tzw. nanosrebro. Srebro jako substancja antymikrobiologiczna wyróżnia się swoim niezwykle szerokim spektrum działania. Dodatek na ten temat zostanie opublikowany w jednym z nadchodzących wydań czasopisma TAB Technik am Bau. Aktualny boom w zakresie pokrywania srebrem powierzchni związany jest z ponownym odkryciem jego właściwości oraz możliwości w zakresie powlekania aktywnym srebrem różnych materiałów. Można więc spotkać lodówki i chłodnie z powierzchniami pokrytymi srebrem, wkładki do butów i odzież roboczą, a w sektorze medycznym materiały opatrunkowe, specjalne żele do leczenia ran oraz cewniki i implanty z dodatkiem nanosrebra. Skuteczność srebra polega nie na oksydacyjnym niszczeniu błon komórkowych, lecz na selektywnym wyłączaniu ważnych układów enzymatycznych. Jony srebra wiążą enzymy na poziomie grup siarkowych, dezaktywując je w ten sposób. Już jedna trzecia stężenia jonów srebra koniecznego do dezaktywacji powoduje zatrzymanie przyrostu ilości bakterii (proliferację), które nie są już w stanie utworzyć biofilmu. W ten sposób osiągany jest cel, jakim jest zapobieganie powstawaniu biofilmu. Srebro bądź preparaty zawierające srebro są już od dawna używane do uzdatniania wody. Produkty na bazie srebra są stosowane do dezynfekcji wody pitnej wykorzystywanej podczas wędrówek oraz w samochodach kempingowych, dopuszczone do konserwacji zapasów wody pitnej w łodziach oraz kapsułach ratunkowych i wymienione w rozporządzeniu w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.

W adiabatycznych systemach nawilżania powietrza, funkcjonujących w oparciu o wodę zawierającą srebro, jony srebra łączą się z błoną komórkową i ścianą komórkową drobnoustrojów, dezaktywując ich mechanizmy transportu enzymów. Warunkiem skutecznego działanie jest precyzyjne dozowanie, dostosowane do stopnia przepływu wody bądź do wydajności nawilżania. Jony srebra mogą być też uwalnianie w procesie elektrolizy bezpośrednio w miejscu, w którym mają działać (nawilżaczu powietrza). Dzięki temu mogą być precyzyjnie dozowane, a także ponownie usuwane z powietrza i wody za pomocą odpowiednich powierzchni odprowadzających (np. ceramicznych).

Zawierająca srebro woda, stosowana do nawilżania, działa także na mikroorganizmy, które występują na powierzchniach odprowadzających. Poprzez parowanie wody następuje jednocześnie wzbogacanie powierzchni ceramicznych srebrem. Mikroorganizmy są wówczas otaczane srebrem i unieszkodliwiane. Wychwytywane i eliminowane są też bakterie, dostające się do układu z dopływającym powietrzem.

W takich warunkach prawdopodobieństwo utworzenia się biofilmu jest znikome. Dzięki odkładaniu się jonów srebra na tego typu powierzchniach ceramicznych, w nawilżanym powietrzu pozostaje zaledwie marginalna ilość srebra. W ten sposób spełniane są także wymagania podane w wytycznej VDI 6022 cz. 1 pkt 4.3.7 dotyczące braku pozostałości w doprowadzanym powietrzu. Walka z biofilmem jest warta zachodu, a sukces w tym zakresie jest możliwy.

---