boj proti biofilmu

x

Dr. Rudolf Hüster
Autor: 
Dr. Rudolf Hüster 


Vytvoření biofilmu uvnitř trubky
Mikroorganismy se usazují na mokrých površích a v průběhu času vytvářejí biofilm. Po několika dnech může biofilm dosáhnout stacionární fáze, kdy dochází k trvalému uvolňování bakterií.



Strategie podle směrnice VDI 6022, list 1

Hygienické zvlhčování vzduchu – boj proti biofilmu


Zařízení ke zvlhčování vzduchu má zvlhčovat vzduch nebo přesněji řečeno zvyšovat relativní vlhkost vzduchu. K tomu je vzduch obohacován vodou. Chceme-li provádět adiabatické zvlhčování, je zpočátku druhořadé, zda je voda do vzduchu přidávána rozstřikováním, rozprašováním nebo odpařováním. Hlavní je, aby voda byla hygienicky dobré kvality. Směrnice VDI 6022, list 1 (zelený tisk) proto stanoví: „Voda dodávaná do zvlhčovače musí splňovat mikrobiologické požadavky vyhlášky o pitné vodě.“ Přitom je jedním z rozhodujících aspektů zabránit vytváření biofilmů ve vedeních.

Vlastnosti zvlhčovací vody
Poměrně bezpečné je používat ke zvlhčování pitnou vodu. Pitná, pramenitá nebo minerální voda však nejsou bez zárodků. Nesmí sice obsahovat žádné patogenní bakterie, houby, viry ani prvoky (giardia), ale 100 bakterií na ml – to už je docela výrazný život. Pokud nyní tyto zárodky rozstříkáme spolu s vodou, nemělo by to pro zdraví a život představovat žádné nebezpečí. Kdo však rozstřikuje vodu přímo z vodovodního vedení, pitnou vodu nebo vodu z kohoutku, může být po určité době postaven před nutnost odstraňovat ze systému kanálů vápenaté a solné usazeniny. Tyto usazeniny v mokrých oblastech navíc představují mimořádně dobré životní podmínky právě pro mikroorganismy vnášené pitnou vodou. Ty se mohou usídlit a rozrůst na mohutné kolonie. Zvlhčovací vodu je proto třeba zbavit vápenatého nebo solného nákladu. Přípravná zařízení, která jsou k tomu zapotřebí, však často zvýhodňují usazování a rozmnožování mikroorganismů.

Biofilmy jako potenciál ohrožení
Bakterie se ve vodovodních systémech vyskytují ve dvou stavech: volně plovoucí ve vodě, nebo fixované v takzvaném biofilmu. Usazené ve sliznatých, viskózně vazkých extracelulárních polymerických látkách (EPS) obsazují obyvatelé biofilmu všechny vlhké plochy. V technice polovodičů a ve farmaceutickém průmyslu je urputný boj proti biofilmům v systémech s nejčistší vodou na denním pořádku. Biofilm vzniká v jednotkách výměny iontů změkčovacích nebo odsolovacích zařízení, může osídlovat moduly inverzní osmózy a v závislosti na konstrukčním typu může dokonce pronikat membránami, takže se dostává na stranu permeátu. Poté osidluje vnitřní stěny následných potrubí a vestavěných nádob a zásobníků. U nádob a zásobníků otevřených do atmosféry může vznik biofilmů dále podporovat další vnášení mikroorganismů z okolního vzduchu. I přes toto obrovské obsazování ploch je výskyt biofilmů ve vodovodních systémech zpočátku jen obtížně zjistitelný. Teprve když se biofilm rozroste natolik silně, že dosáhne stacionární fáze, roste dále, aniž by narůstal na objemu. V tomto stádiu uvolňuje právě tolik mikroorganismů, kolik nově produkuje buněčným dělením. Až pak se ve vodě ukáže dramatický nárůst počtu mikroorganismů. Dezinfekce vody biofilmy většinou nijak neruší, jako účinné opatření k omezení vývoje biofilmů je proto nevhodná. Mikročástečky biofilmu, které se průběžně uvolňují ve stacionární fázi, se poté mohou usídlit na všech vlhkých místech klimatizačního zařízení (například ve zvlhčovači vzduchu).

Všude tam, kde se vyskytuje vlhkost, mokro nebo stojatá voda a kde nejsou používána vhodná protiopatření, se pak nutně vytvářejí nové biofilmy a množení mikroorganismů dále pokračuje. Hygienické zvlhčování vzduchu je proto vždy zároveň bojem s biofilmem. Mnoho požadavků v listu 1 aktualizované směrnice VDI 6022 míří právě tímto směrem, i když zde výraz „biofilm“ není přímo použit. Proto v bodu 3.6 čteme: „Materiály v oblastech vedoucích vzduch, ve kterých je třeba vzhledem k jejich určení počítat s vysokými relativními vlhkostmi vzduchu nebo s vodou, nesmí představovat živnou půdu pro mikroorganismy.“ A dále: „Materiály, povrchové uspořádání a geometrické formy komponent zařízení musejí předcházet uchycování a ukládání nečistot“ (VDI 6022, list 1, 4.1.1), a dále: „... aby se co nejvíce zamezilo mikrobiologickému růstu na povrchu komponent vedoucích vzduch... a na technologicky vlhkých plochách“ (VDI 6022, list 1, 4.2).

Životní podmínky biofilmů
Biofilmy mohou osídlit téměř všechny povrchy. Za jak tvrdých životních podmínek mohou biofilmy ještě růst, ukazuje přehled s rozsahem mikrobiologické existence v biofilmech v tabulce 1. Kromě toho byly biofilmy prokázány ve vedení dezinfekčních prostředků a v jiných případech snesly více než 2 mg/l volného chlóru.

Tabulka 1: Rozsah existence mikrobů v biofilmech
Teplotní rozsah od -12 °C do 110 °C
Rozsah pH pH 1 až > pH 13
Hydrostatický tlak od > 0 do > 1400 bar
Redoxní potenciál všechny rozsahy redoxní stability vody
Obsah solí 0 až po nasycený roztok v solných jezerech
Živiny od 10 μg Corg/l až po přímé zdroje živin
Materiály povrchů kovy (i měď), beton, plasty, sklo, minerály, minerální a mastné oleje, kerosinové kapky, rostlinné a zvířecí tkáně, kostí a mnoho dalších
Zatížení zářením biofilmy byly nalezeny na křemíkových ochranných krytech UV lamp a dokonce na zdrojích radioaktivního záření (> 500 krad)


Likvidace biofilmů
Odstranit usazené biofilmy je stejně tak zdlouhavé jako únavné. Každý z nás je zvyklý bojovat s jedním biofilmem: zubním povlakem. Podle směrnice VDI 6022, list 1, 4.3.7 je třeba zamezit nárůstu počtu mikroorganismů nad mezní hodnotu 1000 KTJ/ml, tedy desetinásobek maximálního počtu mikroorganismů v pitné vodě, a to vhodnými bakteriálními filtry v kombinaci s pravidelným čištěním a vysušováním. Jestliže se ovšem biofilmy usadily ve vodovodních systémech, přečkají dobře i krátkodobé vysušení. Nabobtnalá ložiska biofilmů obsahují velké množství vázané vody, a proto vysychají od povrchu jen velmi pomalu a se zpožděním. Mnoho čisticích systémů dosáhne jen k nejhořejším vrstvám biofilmů.

Usazený biofilm lze odstranit pouze mechanicky, tedy poměrně nepohodlným postupem čištění. Vhodné, ale poměrně nákladné v zařízení na zvlhčování vzduchu je odleptávání biofilmu pomocí louhu sodného a navazující kyselé propláchnutí. Pocitově jemnější je enzymatické prolomení ložiska EPS, emulgování částeček pomocí výkonných tenzidů a navazující dezinfekce peroxidem vodíku. Kdo zná personální obsazení a termínové plány domovní techniky, dovede si představit, jaké nadšení taková akce čištění vzbudí.

Prevence vzniku biofilmů
Rozhodující je zamezit vzniku biofilmů hned v samotném počátku. Zamezení vzniku biofilmů v systému je tedy klíčem hygienického zvlhčování vzduchu. To je dnes možné pomocí jen několika málo metod. Systémy vedení, které by byly trvale ozařovány UV zářením, dnes ještě neexistují. Jiné myslitelné systémy jsou ještě chráněny patentově nebo jako užitkové vzory, a proto je bohužel nelze používat. V důsledku toho lze dnes sáhnout jen k prostředkům bránícím vzniku biofilmů (látky bránící množení mikroorganismů).

Směrnice VDI 6022, list 1, 4.3.7 umožňuje dezinfekci zvlhčovače, přívodu a cirkulace vody procesem, jehož účinnost byla prokázána zkouškami v praxi, který je zdravotně nezávadný a zajišťuje přívod vzduchu beze zbytků. Zvláště přání, aby vzduch neobsahoval zbytky, počet možných prostředků a procesů drasticky snižuje.

Nikdo nechce vdechovat biocidní látky. Použitý produkt musí být účinný proti biofilmům nebo příčinám jejich vzniku, a před vdechováním by se měl rozkládat nebo přinejmenším usazovat. Proto jsou dnes myslitelné pouze čtyři účinné látky: ozón, peroxid vodíku, kysličník chloričitý a stříbro.

Oxidačně působící procesy ke snížení počtu mikroorganismů
Ozón a peroxid vodíku reagují s bakteriemi, organickým materiálem a oxidovatelnými nečistotami ve vzduchu. Podle dávkování, čistoty vzduchu a povrchů nelze vždy zajistit, aby ozón a peroxid vodíku reakcí zcela zanikly nebo se odbouraly, než bude vzduch přiveden do klimatizovaných prostor. Přinejmenším při používání ozónu jsou ve vzduchu zjistitelná určitá zbytková množství. Ve volné přírodě (hory, les, jezera) jsou koncentrace ozónu v množství 20 až 30 ppb běžné a jsou pociťovány jako příjemné. Při silném slunečním záření mohou hodnoty ozónu ve venkovním vzduchu dosahovat vysokých hodnot a u lidí mohou vyvolávat zdravotní rizika. Varování před ozónem během letních měsíců bohužel všichni dobře známe. Horní hranici koncentrace ozónu ve vzduchu při době působení max. 30 minut stanoví směrnice VDI 2310 na 60 ppb.

Účinná, a přesto zdravotně nezávadná koncentrace proto předpokládá přesné dávkování. Také účinnost chloridů závisí na dávkování a na příslušném stupni znečištění vzduchu. I zde je bezpodmínečně nutné jemné dávkování, aby nedocházelo ke vdechování oxidu chloričitého. Výhodou používání těchto oxidačních činidel je odbourávání znečištění vzduchu, a tím určitý účinek v čištění vzduchu. Používání oxidačně působících procesů ke snížení počtu mikroorganismů výrazně závisí na citlivé měřicí, regulační a dávkovací technice závisející na zatěžování. Ozón, peroxid nebo oxid chloričitý lze použít jedině v případě, že tato dávkovací technika pracuje spolehlivě.

Stříbro jako antimikrobiální látka
Také ušlechtilý kov stříbro má velmi silní antimikrobiální účinky. Nikoli však jako silný stříbrný plech, stříbrný granulát nebo v podobě postříbřené nakupované keramiky: stříbro je účinné v podobě iontů nebo částic o velikosti nanometrů. Jde o takzvané nanostříbro. Jako antimikrobiální látka se stříbro vyznačuje mimořádně širokým spektrem účinků. Příspěvek k tomuto tématu se objeví v příštích vydáních časopisu TAB Technik am Bau. Momentální „boom“ postříbřených povrchů má svůj původ v opětovném objevení stříbra a možnosti ukotvit reaktivní stříbro k povrchům. Díky tomu existují chladničky a chladicí buňky s postříbřenými povrchy, vložky do bot, funkční oděvy; v sektoru zdravotnictví se nanostříbro uplatňuje na obvazovém materiálu, ve speciálních gelech na rány a na katétrech a implantátech. Účinnost stříbra se neprojevuje oxidačním ničením buněčných membrán, nýbrž selektivním vypínáním důležitých systémů enzymů. Stříbrné ionty se vážou na sulfáty enzymů a inaktivují je. Již při třetinové koncentraci iontů stříbra, než je třeba k deaktivaci mikroorganismů, přestávají bakterie růst (proliferační tlumení) a nemohou již vytvářet biofilmy. Tím je dosaženo cíle zamezit vzniku biofilmů. Stříbro a přípravky obsahující stříbro se již dávno používají k úpravě vody. Přípravky s obsahem stříbra dezinfikují pitnou vodu na výletech a v obytných vozidlech, jsou povoleny ke konzervaci zásob pitné vody na záchranných člunech a záchranných ostrovech a jsou ukotveny ve vyhlášce o pitné vodě.

V systémech adiabatického zvlhčování vzduchu, které pracují s postříbřenou vodou, se vážou ionty stříbra na buněčné stěny a membrány mikroorganismů a deaktivují jejich systémy transportních enzymů. Předpokladem bezchybné účinnosti je přesné dávkování, přizpůsobené průtoku vzduchu resp. výkonu při zvlhčování. Ionty stříbra se mohou uvolňovat přímo v místě použití (zvlhčovač vzduchu) díky elektrolytické jednotce. Lze je tak přesně a jemně dávkovat a opět odstraňovat ze vzduchu a vody pomocí odpovídajících odlučovacích ploch (například z keramiky).

Mikroorganismy, které se vyskytují také na těchto keramických plochách, jsou tam dále postřikovány zvlhčovací vodou s obsahem stříbra. Díky odpařování vody, k němuž dochází, se keramika navíc obohacuje stříbrem. Mikroorganismy jsou prakticky zality do stříbra a deaktivovány. Bakterie, které jsou vnášeny proudem vzduchu, jsou rovněž zachyceny a eliminovány.

Vytváření biofilmu je za těchto podmínek téměř nemožné. Díky usazování iontů stříbra na takových keramických plochách je ve zvlhčovaném vzduchu prokazatelný jen mizivý podíl stříbra. Tím je také splněn požadavek směrnice VDI 6022, list 1, 4.3.7, aby přiváděný vzduch neobsahoval zbytky použitého prostředku. Boj proti biofilmům se vyplatí – vítězství je možné.


Dr. Rudolf Hüster, veřejně jmenovaný soudní znalec a majitel institutu pro vědecké poradenství Scienticon Wissenschaftliche Beratungen Dr. Hüster