Autor dr inż. Michał Kubrak
Woda w szpitalach i placówkach medycznych odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu higieny i bezpieczeństwa pacjentów, dlatego powinna spełniać najwyższe standardy norm sanitarnych. Jej jakość może jednak ulegać pogorszeniu w wyniku procesów zachodzących wewnątrz instalacji wodociągowych. Choć większość mikroorganizmów obecnych w wodzie jest nieszkodliwa [1], zagrożeniem dla pacjentów o obniżonej odporności są patogeny oportunistyczne, które mogą osiedlać się i rozwijać w instalacjach wodociągowych, tworząc złożone środowiska mikroorganizmów. Projektanci instalacji wodociągowych w placówkach medycznych stają więc przed wyzwaniem nie tylko zapewnienia odpowiedniej podaży wody, ale również minimalizacji ryzyka rozwoju mikroorganizmów, takich jak bakterie Legionella pneumophila czy Pseudomonas aeruginosa.
Rozwój bakterii w instalacjach wodociągowych zależy od szeregu czynników technicznych, środowiskowych i organizacyjnych. Literatura naukowa wskazuje, że nie ma uniwersalnego materiału rur czy jednej metody projektowania instalacji, która byłaby idealna w każdym przypadku. Projektowanie instalacji wodociągowych powinno uwzględniać różne uwarunkowania, np. jakość wody czy specyfikę placówki medycznej. Każda placówka ma inne potrzeby, a czynniki takie, jak liczba użytkowników, profil pacjentów czy intensywność użytkowania instalacji mogą znacząco wpływać na dobór optymalnych rozwiązań.
Czynniki wpływające na rozwój bakterii w instalacjach wodociągowych
1. Temperatura wody
Temperatura wody w systemach wodociągowych odgrywa kluczową rolę w procesie rozwoju bakterii, w tym patogenów oportunistycznych. Bakterie, podobnie jak inne organizmy żywe, posiadają określone zakresy temperatur, które sprzyjają ich wzrostowi i namnażaniu. W przypadku większości patogenów oportunistycznych, a szczególnie groźnej dla człowieka bakterii Legionella pneumophila, optymalny zakres temperatur mieści się w przedziale od 20°C do 45°C [2].
Aby skutecznie ograniczyć rozwój bakterii Legionella, Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) oraz Amerykańska Agencja CDC (Centers for Disease Control and Prevention) zalecają utrzymywanie temperatury ciepłej wody na poziomie wykraczającym poza ten zakres. CDC rekomenduje, aby temperatura w instalacjach wody ciepłej była jak najwyższa w granicach norm określonych przez przepisy, z minimalnym poziomem wynoszącym 45°C. WHO natomiast wskazuje, że optymalnym rozwiązaniem jest utrzymywanie temperatury ciepłej wody powyżej 50°C [2]. Polskie przepisy są bardziej precyzyjne w tym względzie. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dn. 17 lipca 2015 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie zawiera zapis, że instalacja wodociągowa ciepłej wody powinna umożliwiać uzyskanie w punktach czerpalnych wody o temperaturze nie niższej niż 55°C i nie wyższej niż 60°C.
2. Materiał z jakiego wykonana jest instalacja
W instalacjach wodociągowych mikroorganizmy najczęściej występują w formie biofilmów, które osadzają się na wewnętrznych powierzchniach rur [3]. Biofilmy te tworzą złożone struktury, stanowiąc dla mikroorganizmów ochronne środowisko, które znacznie utrudnia ich usunięcie [4]. Z tego powodu materiał, z jakiego wykonane są przewody instalacji, ma istotne znaczenie dla rozwoju bakterii. Kluczowym parametrem materiałowym w tym kontekście jest chropowatość wewnętrznej powierzchni przewodu. Badania wykazują, że materiały charakteryzujące się dużą chropowatością sprzyjają intensywniejszemu rozwojowi biofilmów [5]. Wysoka chropowatość powierzchni rur tworzy dogodne warunki dla bakterii, skutecznie osłaniając je przed działaniem środków dezynfekujących. Z drugiej jednak strony, badania pokazują, że chropowatość rur nie może być rozpatrywana w oderwaniu od warunków przepływu panujących w instalacji, które również wpływają na procesy powstawania i stabilność biofilmów.
Należy zwrócić uwagę, że materiał, z jakiego wykonane będą przewody, musi być odporny na zmiany termiczne. Zgodnie z wyżej przywołanym rozporządzeniem, instalacja wodociągowa ciepłej wody powinna być zaprojektowana i wykonana w sposób umożliwiający przeprowadzanie ciągłej lub okresowej dezynfekcji przy zastosowaniu metod chemicznych lub fizycznych, w tym okresowego wykorzystania dezynfekcji cieplnej, bez negatywnego wpływu na trwałość instalacji oraz zastosowanych w niej materiałów i wyrobów. W przypadku dezynfekcji cieplnej należy zapewnić osiągnięcie w punktach czerpalnych temperatury wody mieszczącej się w przedziale od 70°C do 80°C.
3. Warunki hydrauliczne panujące w instalacji
Wpływ warunków hydraulicznych na kształtowanie biofilmów, a co za tym idzie na potencjalne problemy z jakością wody, nadal pozostaje przedmiotem dyskusji naukowych. Niektóre badania wykazują, że silniejsze przepływy turbulentne podczas wzrostu biofilmów mogą zwiększać ich odporność na odrywanie [6], podczas gdy inne sugerują odwrotny efekt [7]. Obszerne studia eksperymentalne wskazują, że czynnikiem wpływającym na rozwój biofilmu na powierzchni rur jest również zmienność przepływu. Jednak wyniki badań pokazują, że nie istnieje prosty, liniowy związek pomiędzy hydraulicznymi parametrami przepływu w przewodach ciśnieniowych a charakterystyką biofilmów [8].
W przypadku stagnacji wody w instalacjach wodociągowych, wyniki badań są bardziej jednoznaczne. Zastój, wynikający z nieregularnego użytkowania, sprzyja powstawaniu stref stagnacji, które mogą prowadzić do intensywniejszego rozwoju biofilmów i problemów z jakością wody [9]. Dlatego kluczowe jest projektowanie instalacji wodociągowych w taki sposób, aby nie powstawały tzw. „ślepe odcinki” i aby zapewnić stały obieg wody we wszystkich przewodach.
Podobnie jak każda instalacja wodociągowa, systemy wodociągowe w budynkach szpitalnych powinny być wyposażone w zabezpieczenia chroniące przed wtórnym zanieczyszczeniem wody. W przypadku instalacji w placówkach ochrony zdrowia, gdzie bezpieczeństwo sanitarne ma kluczowe znaczenie, szczególną uwagę należy zwrócić na ochronę przed przepływami zwrotnymi.
4. Jakość wody
Nie bez znaczenia dla rozwoju bakterii w instalacjach wodociągowych jest też jakość wody doprowadzanej do budynku bezpośrednio z sieci wodociągowej. Badania analizujące skład mikrobiologiczny wody pochodzącej z różnych stacji uzdatniania [10], wykazały, że istotnym czynnikiem determinującym jakość wody jest sposób jej uzdatniania. Szczególne znaczenie w ograniczaniu lub sprzyjaniu rozwojowi biofilmów mają parametry takie, jak stężenie chloru, fosforanów, siarczanów oraz poziom pH. Optymalizacja tych czynników na etapie uzdatniania wody odgrywa zatem kluczową rolę w minimalizowaniu ryzyka mikrobiologicznego w instalacjach budynków.
Podsumowanie
Zaprojektowanie odpowiedniej instalacji wodociągowej przeznaczonej do funkcjonowania w szpitalu lub placówce ochrony zdrowia to złożony proces wymagający uwzględnienia wielu czynników. Kluczowe znaczenie ma projektowanie instalacji z myślą o minimalizacji stagnacji wody i zapewnieniu odpowiedniej temperatury w instalacji wody ciepłej. Nawet najlepiej zaprojektowana instalacja może jednak stać się źródłem bakterii, jeśli nie będzie regularnie dezynfekowana, konserwowana i właściwie użytkowana.
Spis literatury
1. Wang, H.; Masters, S.; Edwards, M.A.; Falkinham, J.O.; Pruden, A. Effect of Disinfectant, Water Age, and Pipe Materials on Bacterial and Eukaryotic Community Structure in Drinking Water Biofilm. Environ. Sci. Technol. 2014, 48, 1426–1435, doi:10.1021/es402636u.
2. Logan-Jackson, A.R.; Batista, M.D.; Healy, W.; Ullah, T.; Whelton, A.J.; Bartrand, T.A.; Proctor, C. A Critical Review on the Factors That Influence Opportunistic Premise Plumbing Pathogens: From Building Entry to Fixtures in Residences. Environ. Sci. Technol. 2023, 57, 6360–6372, doi:10.1021/acs.est.2c04277.
3. Bimakr, F.; Ginige, M.P.; Kaksonen, A.H.; Sutton, D.C.; Puzon, G.J.; Cheng, K.Y. Assessing Graphite and Stainless-Steel for Electrochemical Sensing of Biofilm Growth in Chlorinated Drinking Water Systems. Sensors and Actuators B: Chemical 2018, 277, 526–534, doi:10.1016/j.snb.2018.09.005.
4. Sadiq, F.A.; Burmølle, M.; Heyndrickx, M.; Flint, S.; Lu, W.; Chen, W.; Zhao, J.; Zhang, H. Community-Wide Changes Reflecting Bacterial Interspecific Interactions in Multispecies Biofilms. Critical Reviews in Microbiology 2021, 47, 338–358, doi:10.1080/1040841X.2021.1887079.
5. Yu, J.; Kim, D.; Lee, T. Microbial Diversity in Biofilms on Water Distribution Pipes of Different Materials. Water Science and Technology 2010, 61, 163–171, doi:10.2166/wst.2010.813.
6. Percival, S.L.; Knapp, J.S.; Wales, D.S.; Edyvean, R.G.J. The Effect of Turbulent Flow and Surface Roughness on Biofilm Formation in Drinking Water. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 1999, 22, 152–159, doi:10.1038/sj.jim.2900622.
7. Abe, Y.; Skali-Lami, S.; Block, J.-C.; Francius, G. Cohesiveness and Hydrodynamic Properties of Young Drinking Water Biofilms. Water Research 2012, 46, 1155–1166, doi:10.1016/j.watres.2011.12.013.
8. Fish, K.; Osborn, A.M.; Boxall, J.B. Biofilm Structures (EPS and Bacterial Communities) in Drinking Water Distribution Systems Are Conditioned by Hydraulics and Influence Discolouration. Science of The Total Environment 2017, 593–594, 571–580, doi:10.1016/j.scitotenv.2017.03.176.
9. Nisar, M.A.; Ros, K.E.; Brown, M.H.; Bentham, R.; Best, G.; Xi, J.; Hinds, J.; Whiley, H. Stagnation Arising through Intermittent Usage Is Associated with Increased Viable but Non Culturable Legionella and Amoeba Hosts in a Hospital Water System. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2023, 13, 1190631, doi:10.3389/fcimb.2023.1190631.
10. Ji, P.; Parks, J.; Edwards, M.A.; Pruden, A. Impact of Water Chemistry, Pipe Material and Stagnation on the Building Plumbing Microbiome. PLoS ONE 2015, 10, e0141087, doi:10.1371/journal.pone.0141087.