Биопленки и биообрастания в условиях бассейна

Содержание:

Вода — идеальная среда для размножения бактерий, поэтому любые поверхности, постоянно контактирующие с водой, неизбежно подвержены биообрастанию.

Биообрастание – это процесс формирования и роста колоний бактерий на поверхностях, имеющих постоянный контакт с водой.

Представьте себе коралловый риф: колонии миллиардов крошечных существ, которые создают дом, секретируя особый материал, который застывает в твердую, подобную камню структуру. Если уменьшить этот риф до микроскопических размеров и заменить обитателей кораллов бактериями – вы получите полное представление, что такое биообрастания.

Прикрепившись к поверхности, бактерии постепенно покрываются клейким веществом, состоящим из продуктов их жизнедеятельности (молекул сахаров, белков, нуклеиновых кислот) и компонентов окружающей среды и образуют так называемую биопленку.

Биопленка– множество микроорганизмов (бактерий, грибков, водорослей), расположенных на какой-либо поверхности, клетки которых прикреплены друг к другу.

Эта пленка надежно защищает колонию бактерий от внешних воздействий, позволяя им активно размножаться, увеличивая размеры популяции. Зрелые колонии могут содержать в себе сложные общины нескольких видов микроорганизмов, которые взаимодействуют, помогают и общаются друг с другом. Каждый из видов занимает определенную часть колонии, в зависимости от своих потребностей. Некоторые микроорганизмы в состоянии производить химические вещества, которые необходимы для других членов сообщества, и даже передавать химические сигналы другим клеткам, с целью изменить их поведение. Небольшие части биопленки или отдельные бактерии могут отделяться от общей массы и создавать сообщества на новом месте – таким образом, биопленка может быстро заселить всю водную систему.

Еще одной особенностью биообрастаний является то, что микроорганизмы должны обязательно прикрепиться к поверхности, чтобы начать колонизацию. Исследования показали, что более подвержены биообрастаниям поверхности из ПВХ, чем из стали. Хотя стоит заметить, что ни один из материалов не подавляет их рост полностью. Даже поверхности, обрабатываемые биоцидами, в конечном итоге колонизируются бактериями, как только на них оседает известковый налет или механические загрязнения.

К содержанию

Биообрастания в бассейнах

Биообрастания неизбежно сопровождают стенки чаши бассейнов, СПА-ванн, внутренние поверхности трубопроводов и фильтрующих материалов, трубопроводов, системы водяного охладжения, хранилища воды.

Биообрастания не всегда опасны – например, в природе они могут быть даже полезны, а при очистке сточных вод или обработке воды в аквакультуре незаменимы, так как определяют способность биологических фильтров улавливать и перерабатывать загрязняющие вещества.

В бассейнах биообрастания не только нежелательны, но и опасны – прежде всего тем, что в их среде могут жить и активно размножаться патогенные микроорганизмы, возбудители опасных болезней у человека.

Например, в биопленках живут Легионеллы (Legionella pneumophila) и бактерии рода Pseudomonas, из которых широко известна синегнойная палочка (лат. Pseudomonas aeruginosa). Ее обнаружение всегда представляет проблему и головную боль для операторов общественных бассейнов, так как согласно СанПиН, это повод для закрытия бассейна, полной смены воды и дезинфекционной обработки чаши. Подробнее про синегнойную палочку в бассейне можно почитать тут.

К содержанию

Почему биобрастания и биопленки опасны в бассейнах

Как уже упоминалось выше, некоторые патогенные микроорганизмы, присутствующие в бассейнах, образуют биопленки и могут стать источником инфекций (например, кишечных), дерматитов, заболевания дыхательных путей, а также более серьезных заболеваний, особенно у людей с ослабленным иммунитетом. Но это не единственная связанная с ними проблема.

Биобрастания, особенно водорослевые, могут провоцировать снижение качества воды, придавая ей мутный, зеленоватый или коричневатый оттенок. Поверхность бассейна может становиться скользкой на ощупь и покрываться пятнами.

Биопленки также могут снижать эффективность оборудования водоподготовки и провоцировать коррозию и разрушение материалов. Накапливаясь на фильтрах и трубах, они могут снижать их пропускную способность или эффективность фильтрации. Это приводит к ухудшению качества воды, увеличению времени фильтрации и ухудшению ее качества.

Некоторые микроорганизмы, присутствующие в биопленках, могут выделять кислоты или другие вещества, провоцирующие коррозию и разрушение металлических элементов в бассейне – подробнее про коррозию закладных элементов в бассейне можно почитать тут.

Биопленка создает надежную защиту для микроорганизмов, делая их гораздо более устойчивыми к неблагоприятным факторам окружающей среды, в том числе к стандартным дезинфицирующим средствам, таким как хлор. Даже если концентрация дезинфектанта в воде достаточная, он не может проникнуть вглубь биопленки и уничтожить все микроорганизмы. Бактерии, формирующие биопленки, часто являются устойчивыми или резистентными к хлору – подробнее о таких патогенах тут.

К содержанию

Факторы, способствующие образованию биопленок

Биообрастания повсеместны и неизбежны, а бассейны – идеальная среда для их формирования. Высокая температура, постоянный приток органических примесей, наличие растворенного кислорода в воде, солнечный свет – все это создает благоприятные условия для их роста и развития.

Наличие налета на стенках бассейна, вызванного присутствием органических или неорганических загрязнений в воде или применяемыми для дезинфекции реагентами, также способствует возникновению биообрастаний, так как ускоряет и упрощает процесс закрепления бактерий на поверхности.

Кроме этого факторами, ускоряющими процесс обрастания стенок бассейна биопленками, могут быть:

Неудовлетворительная фильтрация – если фильтр не справляется со своей задачей, загрязняющие частицы остаются в воде, становясь питательной средой.
Недостаточная дезинфекция – низкий уровень остаточного дезинфектанта в воде, неэффективное разрушение органических примесей и их фильтрация.
Недостаточная циркуляция воды – наличие в чаше застойных зон, где вода плохо обновляется.
Наличие питательных веществ – возникновению биообрастаний способствует не только наличие микробиологических загрязнений в воде, но и присутствие в ней органических примесей – в частности, легкоусвояемых органических соединений (Assimilable Organic Carbon - AOC), которые являются основным и наиболее доступным источником питательных веществ для бактерий.
Недостаточная очистка поверхностей – редкая или некачественная механическая очистка стенок и дна бассейна, ускоряет и упрощает процесс закрепления бактерий на поверхности.
Некорректный pH воды – слишком высокий или слишком низкий pH может снизить эффективность дезинфектанта.
Высокая температура воды – теплая вода способствует более быстрому размножению микроорганизмов.

К содержанию

Как бороться с биобрастаниями и биопленками в бассейне

После того, как колония микроорганизмов закрепляется на поверхности, становится очень трудно, а порой практически невозможно полностью ее убрать.

Дезинфицирующие средства, прекрасно справляющиеся с этими же бактериями в массе воды, оказываются неэффективными при попытке воздействовать на их скопления, так как неспособны полностью разрушить верхний слой слизи, которая покрывает колонию и препятствует проникновению дезинфектанта. Требуются дозы хлора, многократно превышающие значения нормальной эксплуатации, для полного устранения биообрастаний. При этом, такие повышенные концентрации, особенно при длительной выдержке, могут повредить пленочное покрытие чаши, элементы из нержавеющей стали, внутренние части оборудования водоподготовки.

Поэтому одного «волшебного» метода, к сожалению, не существует, и требуется комплексный подход, сочетающий физические, химические и организационные методы. Только в этом случае можно эффективно контролировать образование биопленок и биообрастаний в бассейне.

1.Механическая очистка поверхностей и уборка

Рекомендуется регулярная (в периоды активной эксплуатации – в ежедневном режиме) и тщательная чистка стенок и дна щетками и водными пылесосами для удаления механических частиц и налета. Особое внимание уделяйте углам, зоне ватерлинии, под лестницами. Еженедельно рекомендуется очищать скиммеры и переливные лотки от слизи и мусора.

2.Фильтрация и циркуляция

Использование фильтров с достаточной производительностью и их регулярная обратная промывка, замена загрузки по мере ее износа и добавление в бассейн свежей воды не только по мере испарения, но и с учетом нагрузки по купающимся – это критически важно.

Вода должна обновляться и перемешиваться равномерно, без «мертвых зон» - предусмотреть это важно на этапе проектирования бассейна. Проверить отсутствие таких зон и оценить фактическую работу системы циркуляции в уже реализованном бассейне можно с помощью теста с красителем – его равномерное распределение по всему объему воды за установленное время говорит о том, что система циркуляции спроектирована и работает корректно.

Также рекомендуется проводить периодическую промывку и очистку системы водоподготовки специальными средствами для удаления бионакоплений.

3.Ультрафиолетовое (УФ) облучение

Установка УФ-ламп в систему циркуляции не заменяет собой использование хлор-реагентов, но УФ-излучение эффективно разрушает ДНК микроорганизмов, лишая их способности к размножению и образованию биопленок. Кроме того, УФ-обработка более эффективна в отношении устойчивых или резистентных к хлору микроорганизмов.

4.Технология интенсивного окисления Advanced Oxidation

Комбинация озона (O₃) и ультрафиолета (УФ) является одним из вариантов реализации процессов интенсивного окисления (Advanced Oxidation Processes, AOP) и обладает особыми преимуществами для борьбы с биообрастаниями и биопленками, превосходящими обычные методы обработки воды.

Озон – мощный окислитель, разрушающий органические загрязнения и клеточные мембраны микроогранизмов, в том числе особо стойких. Сочетание Озона + УФ не просто суммирует их эффекты, а запускает реакцию, приводящую к образованию гидроксильных радикалов (•OH) — одного из самых высокоактивных окислителей.

Гидроксильные радикалы обладают окислительным потенциалом в 2.5 раза выше, чем у озона, и в 3 раза выше, чем у хлора. Они неселективны и атакуют практически любую органическую молекулу с огромной скоростью. При этом их время жизни – доли секунды, поэтому они действуют непосредственно в точке образования (в толще воды и на поверхностях в зоне контакта), не накапливаясь.

АОР-система работает в двух направлениях – уничтожает «пищевую базу» и «строительные блоки» для биопленок, атакуя свободноплавающие клетки и растворенную органику. Окисляя растворенные органические вещества (пот, слюна, косметика, мочевина, природная органика), биопленки лишаются питательной среды, что ослабляет их рост, а воздействуя на планктонные (свободноплавающие) клетки, строительный материал будущих биопленок, мы сдерживаем их распространение.

5.Режим хлорирования

Необходимо обеспечить адекватный режим использования хлор-реагентов, поддерживая уровень свободного хлора на уровне не менее 0,3 – 0,5 мг/л. Значение свободного хлора могут быть выше, особенно если бассейн открытый/общественный, но при этом значение связанного хлора рекомендуется держать в диапазоне 0,2-0,8 мг/л. Именно свободный хлор может проникать и разрушать биопленки (хотя тоже ограниченно, учитывая описанные выше факторы). Связанный хлор (хлорамины) неспособен вносить существенный вклад в дезинфекцию и тем более контроль биопленок.

Если в бассейне одновременно поддерживаются высокий свободный и связанный хлор – это говорит о большой нагрузке органическими и неорганическими загрязнениями, неэффективной очистке и большом расходе реагентов. Купаться в таком бассейне неприятно, а иногда и небезопасно.

Также рекомендуется периодически проводить процедуру ударного хлорирования (шокового или суперхлорирования) для окисления накопленных органических соединений, связанного хлора (хлораминов) и разрушения начальных стадий биопленки – в особенности, если бассейн эксплуатируется только на хлоре, без УФ или озона.

6.Использование альгицидов

Превентивное внесение специальных средств, препятствующих росту водорослей, особенно в открытых бассейнах или в бассейнах в помещениях с большим количеством естественного света. Существуют непенящиеся полимерные и пенящиеся четвертично-аммониевые (ЧАС) соединения, которые сдерживают рост водорослей.

7.Контроль баланса воды

Обязательным моментом является поддержание уровня pH на уровне 7.2-7.6, так как при более высоком уровне эффективность хлора существенно падает. Также необходимо контролировать щелочность (80-120 мг/л CaCO₃), которая является буфером pH и предотвращает его скачки.

Косвенным параметром, влияющим на образование и распространение биообрастаний, является уровень жесткости. Избыточно жесткая вода вызывает образование известкового налета, на котором легко закрепляется биопленка.

8.Организационные и профилактические меры

Поддержание гигиены купающимися – использование ножных ванн перед входом в зону бассейна, обязательный душ до плавания (с мылом) для смыва косметики, пота, органики сокращают объем привносимых примесей и снижают нагрузку на систему водоподготовки.

Наверх

Добровольская Ксения
Специалист по развитию продуктов
XENOZONE Инженерно-технический центр "Комплексные исследования"
Перепечатка материалов возможна с указанием первоисточника

Биопленки и биообрастания в условиях бассейна