Harc a biofilm ellen

x

Dr. Rudolf Hüster
Szerző: 
Dr. Rudolf Hüster 


Biofilm felépítése egy cső belsejében
A mikroorganizmusok nedves felületre telepednek és idővel egy biofilmet képeznek. Több nap elteltével a biofilm már elérte az állófázist, amikor a kórokozók folyamatos felszabadulása megtörténik.



Stratégiák a VDI 6022 1. lapjának megfelelően

Higiéniai légpárásítás – Harc a biofilm ellen


A légpárásító rendszernek be kell nedvesítenie a levegőt, pontosabban: növelnie kell a levegő relatív páratartalmát. Ehhez a levegőt vízzel dúsítják. Ha adiabatikus párásítás a cél, akkor eleinte csak másodlagos szempont, hogy a víz permetezéssel, porlasztással vagy párologtatással kerül-e a levegőbe. Az a fontos, hogy a víz jó higiéniai minőségű legyen. A VDI 6022 1. lapján (hivatalos változat) ezért a következő áll: „A párásítóba betáplált víznek meg kell felelnie az ivóvízrendelet mikrobiológiai követelményeinek.” Ehhez kulcsfontosságú a biofilmképződés megakadályozása a vezetékekben.

A párásító víz minősége
Aki a párásításhoz ivóvizet használ, az tulajdonképpen óvatosnak mondható. Az ivóvíz, a forrásvíz és az ásványvíz azonban nem csíramentes. Lehetséges ugyan, hogy nem tartalmaznak kórokozó baktériumokat, gombákat, vírusokat vagy protozoonokat (Giardia), de a ml-enkénti maximum 100 baktérium is már egyértelműen élet jelenlétére utal. Ha ezeket a csírákat vízzel permetezik, az még nem életveszélyes. Aki azonban a vezetékes-, ivó- vagy csapvizet közvetlenül szétpermetezi, egy idő múlva Bergmann módra távolíthatja el a csatornarendszerből a vízkő- és sólerakódásokat. Ezenkívül ezek a lerakódások a nedves területeken rendkívül jó életfeltételeket hoznak létre az éppen az ivóvízzel bevitt mikroorganizmusok számára. Ezek ott megtelepedhetnek, és tekintélyes méretű kolóniákká nőhetnek. A párásító vizet vízkő- és sómentessé is kell tenni. Az ehhez szükséges előkészítő berendezések azonban gyakran elősegítik a mikroorganizmusok megtelepedését és szaporodását.

A biofilmek okozta potenciális veszély
A vízvezető rendszerekben a baktériumok két állapotban fordulnak elő: a vízben szabadon sodródva, vagy egy úgynevezett biofilmben megtapadva. A nyálkás, viszkózus-nyúlós extracelluláris polimer anyagokba (EPS) beágyazódott biofilmlakók elfoglalják az összes nedves felületet. A félvezető technológiában és a gyógyszeriparban a nagytisztaságú vízrendszerekben mindennapos elkeseredett küzdelem folyik a biofilmek ellen. A biofilm a vízlágyító- vagy demineralizáló berendezések ioncserélő egységeiben alakul ki, megtelepedhet a fordított ozmózis modulokban, sőt a felépítésétől függően akár a membránokon is áthatolhat, és akár a permeátum oldalára is átkerülhet. Ezután megtelepszik az utána következő csővezetékek és köztes víztartályok falain. Az atmoszféra felé nyitott köztes tartályok esetében a környezeti levegőből származó további csírabejutás még inkább elősegítheti a biofilmképződést. E félelmetes hódítás ellenére a biofilmek a vízvezető rendszerekben kezdetben nehezen észlelhetők. Csak amikor a biofilm erősen megvastagszik, és eléri stacionárius fázisát, akkor nő tovább anélkül, hogy terjedelmesebbé válna. Ebben a stádiumban pontosan annyi csírát ad le, mint amennyit sejtosztódással újonnan előállít. Csak ekkor észlelhető a csíraszám drámai növekedése a vízben. A víz fertőtlenítése magukra a biofilmekre többnyire nincs hatással, és az elkerülésüket célzó hatékony intézkedésként nem megfelelő. A biofilmdarabkák (bio-envelope-ok), amelyek a stacionárius szakaszban folyamatosan válnak le, később minden nedves helyen megtelepedhetnek egy klímaberendezésben (pl. légpárásítóban).

Minden olyan helyen, ahol nyirkosság, nedvesség fordul elő, vagy víz gyűlik össze, és nem hoznak megfelelő ellenintézkedéseket, elkerülhetetlenül új biofilmek képződnek, és tovább folytatódik a csíranövekedés. A higiéniai légpárásítás ezért mindig küzdelmet is jelent a biofilmek ellen. A VDI 6022 aktualizált 1. lapján több követelmény is ebbe az irányba mutat, akkor is, ha a „biofilm” fogalma nem tartozik ide. Ezért a 3.6 pont alatt a következő olvasható: Az olyan levegővezető területeken található anyagok, amelyeken rendeltetésszerűen magas relatív páratartalommal, illetve vízzel kell számolni, nem képezhetnek táptalajt a mikroorganizmusok számára.” Továbbá: „A berendezéskomponensek anyagain, felületi kialakításán és geometriai formáin meg kell akadályozni a szennyeződések megkötését és lerakódását.” (VDI 6022, 1. lap, 4.1.1), valamint „..., hogy a mikrobiológiai növekedés a levegővezető komponensek felületén,..., és a technológiai okokból nedves felületeken nagyrészt elkerülhető legyen” (VDI 6022, 1. lap, 4.2).

Életfeltételek biofilmek esetében
A biofilmek sajnos majdnem minden felületen képesek megtelepedni. Hogy a biofilmek milyen zord életfeltételek esetén is képesek növekedni, a biofilmekben előforduló mikrobiális lét kiterjedtségét tartalmazó, az 1. táblázatban látható felsorolás mutatja. Ezenkívül biofilmek fertőtlenítőszer-vezetékekben is megtalálhatók voltak, más esetekben pedig több mint 2 mg/l szabad klórt is toleráltak.

1. táblázat: Kiterjedt mikrobiális létezés a biofilmekben
Hőmérséklet-tartomány –12 ˚C és 110 ˚C között
pH-tartomány pH 1 és > pH 13 között
Hidrosztatikus nyomás > 0 és > 1400 bar között
Redoxpotenciál A víz redox stabilitásának teljes tartománya
Sótartalom 0-tól a telített oldatokig sós tavakban
Tápanyagok 10 μg Corg/l-től a közvetlenül a tápanyagforrásokon mért értékekig
Felületanyagok Fémek (réz is), beton, műanyagok, üveg, ásványok, ásványi és zsíros olajok, kerozincseppek, növényi és állati szövetek, csontok stb.
Sugárterhelés Biofilmeket találtak UV-lámpák kvarc védőburáin, sőt még radioaktív sugárforrásokon is (> 500 krad).


Harc a biofilmek ellen
A megtelepedett biofilmek eltávolítása hosszadalmas és fárasztó feladat. Mindannyian megszokhattunk egy biofilm elleni küzdelmet: a fogkő ellen. A VDI 6022 1. lapjának 4.3.7. pontja szerint a csíraszám 1000 KbE/ml határérték – tehát az ivóvíz maximális csíraszámának tízszerese – fölé emelkedését megfelelő csírátlanító berendezések segítségével, rendszeres tisztítással és szárazon futással kombinálva, meg kell akadályozni. Ha azonban a vízvezető rendszerben biofilmek telepedtek meg, azok egy rövid ideig tartó szárazon futást is sikeresen túlélnek. A felduzzadt biofilm mátrix nagy mennyiségben hozzá van kötődve a vízhez, ezért csak nagyon lassan és késedelmesen szárad fel a felületekről. Sok tisztítórendszer csupán a biofilm legfelső rétegeit éri el. Egy szilárd biofilm kizárólag mechanikusan, és akkor is csak viszonylag durva tisztítási eljárással távolítható el.

Alkalmas, bár elég költséges eljárás egy légpárásító rendszer esetében a biofilm lúgos maratással történő eltávolítása nátrium-hidroxiddal, majd az azt követő savas öblítés. Érezhetően finomabb módszer erre az EPS mátrix enzimatikus összeroppantása, a törmelék emulgeálása erőteljes felületaktív anyagokkal, majd az azt követő hidrogén-peroxidos fertőtlenítés. Aki ismeri az épületgépészetben szokásos munkaerő-szervezést és ütemterveket, el tudja képzelni, milyen lelkesedést vált ki egy ilyen tisztítási munka.

A biofilmek keletkezésének megakadályozása
Döntő jelentőséggel bír a biofilmek képződésének a kezdetektől fogva történő megakadályozása. A biofilmképződés megelőzése szintén kulcsfontosságú a higiéniai légpárásításban. A biofilmek képződésének megelőzése a rendszerben jelenleg csak kevés módszerrel garantálható. Olyan vezetékrendszerek, amelyek folyamatos UV-besugárzás alatt állnak, ma még nem léteznek. Az egyéb elképzelhető rendszerek még szabadalmi vagy használati oltalom alatt állnak, és ezért sajnos nem használhatók. Így jelenleg csak biofilm-inhibitorok (csíracsökkentő hatású anyagok) vehetők igénybe.

A VDI 6022 1. lapjának 4.3.7. pontja lehetővé teszi a párásító, táp- és keringetett víz fertőtlenítését olyan eljárásokkal, amelyeknek a hatékonyságát gyakorlati tesztekkel igazolták, amelyek az egészségre ártalmatlanok, és maradékanyagoktól mentes betáplált levegőt biztosítanak. Különösen a maradékanyagoktól való mentesség kívánalma csökkenti drasztikusan a lehetséges eszközök és eljárások számát. Senki sem szeretne biocidokat belélegezni. Az alkalmazott terméknek hatásosnak kell lennie a biofilmekkel vagy azok okaival szemben, és a belégzésig le kell bomlania, vagy legalább le kell rakódnia. Így jelenleg csak négy hatóanyag áll rendelkezésre: az ózon, a hidrogén-peroxid, a klór-dioxid és az ezüst.

Oxidációs hatású szerekkel végzett csíracsökkentési eljárások
Az ózon és a hidrogén-peroxid reakcióba lép a baktériumokkal, szerves anyagokkal és oxidálható légszennyező anyagokkal. Az adagolás, a levegő és a felületek tisztasága alapján nem mindig állapítható meg hogy az ózon és a hidrogén-peroxid reakcióba léptek-e vagy lebomlottak-e, mielőtt a levegő bevezetésre kerül a légkondicionált helyiségekbe. Legalábbis az ózon használatakor elfogadható bizonyos maradékmennyiségek jelenléte a levegőben. A természetben (hegy, erdő, tó) a 20–30 ppb ózonkoncentráció a megszokott, és ezt tartjuk kellemesnek. Erős napsugárzás esetén az ózon szintje a külső levegőben magas értékeket is elérhet, és veszélyeztetheti az emberek egészségét. A magas ózonszintre vonatkozó figyelmeztetések a nyári hónapokban sajnos mindannyiunk számára ismertek. Legfeljebb 30 perces behatási idő esetén az ózonkoncentráció felső határértéke a levegőben a VDI 2310 szerint 60 ppb.

A hatásos, de egészségügyi szempontból mégis biztonságos koncentrációhoz ezért pontos adagolásra van szükség. A klór-dioxid hatékonysága is függ az adagolástól, valamint a levegő mindenkori szennyezettségének mértékétől. Az érzékeny adagolás azonban így is feltétlenül szükséges a klór-dioxid belégzésének megakadályozására. Ezeknek az oxidálószereknek a használatakor előnyös a levegőszennyezés csökkentése és ezáltal egy bizonyos légtisztító hatás. Az oxidációs hatású szerekkel végzett csíracsökkentési eljárások alkalmazása nagymértékben függ az érzékeny, terheléstől függő mérés-, szabályozás- és adagolástechnikától. Az ózon, a peroxid, valamint a klór-dioxid alkalmazása csak akkor megvalósítható, ha ez az adagolástechnika megbízhatóan működik.

Az ezüst mint antimikrobiális anyag
Az ezüst nemesfém is igen jó csíracsökkentő hatással rendelkezik, de nem durva ezüstlemez, szemcsés ezüst vagy vásárolt ezüstözött kerámia formájában. Az ezüst ionként vagy nanoméretű részecskeként (úgynevezett nanoezüst) hatékony. Az ezüst mint antimikrobiális anyag rendkívül széles hatásspektrumával tűnik ki. Használatának ösztönzése a TAB Technik am Bau egyik jövőbeli feladatának tűnik. Az ezüsttel bevont felületek terén jelenleg tapasztalt fellendülés az ezüst újrafelfedezéséből, valamint a reaktív ezüst felületeken történő megkötésének lehetőségéből ered. Így léteznek ezüst bevonatú felületekkel ellátott hűtőszekrények és hűtőcellák, talpbetétek, funkcionális ruházat, az egészségügyi szektorban nanoezüst található kötszereken, speciális sebgélekben, valamint katétereken és implantátumokon. Az ezüst nem a sejtmembránok oxidatív megsemmisítése által hat, hanem a fontos enzimrendszerek szelektív kikapcsolásával. Az ezüstionok az enzimek kéntartalmú csoportjaihoz kötődnek, és deaktiválják azokat. A baktériumok szaporodása már a deaktiváláshoz szükséges ezüstion-koncentráció egyharmada esetén leáll (proliferációgátlás), és nem tudnak több biofilmet létrehozni. Ezáltal elérhetővé vált a cél: a biofilmképződés megakadályozása. Ezüstöt, illetve ezüsttartalmú készítményeket már régen használnak a víz kezelésére. Ezüstkészítményekkel fertőtlenítik az ivóvizet kirándulásokon és lakókocsikban, és ezek a szerek engedélyezve vannak az ivóvízkészletek konzerválására is mentőcsónakokban és mentőtutajokon, ami az ivóvízrendeletben is rögzítve van.

Adiabatikus légpárásító rendszerek esetében, amelyek ezüsttel kezelt vízzel működnek, az ezüstionok hozzákötődnek a mikroorganizmusok sejtfalaihoz és sejtmembránjaihoz, és deaktiválják azok transzporter enzimrendszereit. A tökéletes hatékonyság előfeltétele a pontos, a vízáramláshoz, valamint a párásítási teljesítményhez igazított adagolás. Az ezüstionok ezenkívül egy elektrolizáló egység révén közvetlenül a behatás helyén (légpárásító) is felszabadíthatók. Így biztosítható pontos és érzékeny adagolásuk, és a megfelelő szeparációs felületek révén (pl. kerámia) újra eltávolíthatók a levegőből és a vízből.

Az ezeknek a kerámia felületeknek szintén nekiütköző mikroorganizmusokra itt ezüsttartalmú párásító víz is ráömlik. A víz elpárolgása által a kerámia ezenkívül ezüsttel dúsul. Az ennek során a mikroorganizmusokra szabályszerűen ráfolyó ezüst deaktiválja őket. A légárammal bejutó baktériumok ugyanígy elfogásra és eltávolításra kerülnek.

Biofilmképződés ilyen körülmények között aligha lehetséges. Az ezüstionoknak az ilyen kerámia felületeken történő lerakódásának következtében a párásított levegőben az ezüstnek már csak egy elenyészően kis hányada mutatható ki. Ezzel aztán a VDI 6022 1. lapja 4.3.7. pontjának a betáplált levegő maradékanyagoktól való mentességére vonatkozó követelménye is teljesül. Megéri küzdeni a biofilmmel, mert lehetséges a győzelem.


Dr. Rudolf Hüster, Államilag kinevezett, hites szakértő