Kontekst badania
Instalacje ciepłej wody w budynkach stwarzają szczególnie trudne warunki utrzymania skutecznej dezynfekcji. Wysoka temperatura, długie okresy stagnacji oraz kontakt wody z produktami korozji i materią organiczną przyspieszają rozkład środków utleniających. Chlor, powszechnie stosowany do dezynfekcji wody, może zatem szybko tracić stężenie resztkowe w zasobnikach, przewodach cyrkulacyjnych i odcinkach instalacji o małym rozbiorze. Jednocześnie w oddalonych częściach instalacji temperatura często spada do 35–45°C, czyli zakresu sprzyjającego przeżywaniu lub namnażaniu Legionella pneumophila. Utrzymywanie temperatury co najmniej 60°C w całym układzie jest energochłonne, nie eliminuje stref chłodniejszych i zwiększa ryzyko oparzeń. Z tego względu autorzy ocenili nadtlenek wodoru stabilizowany srebrem jako potencjalnie trwalszy środek dezynfekcyjny, którego właściwości mogłyby lepiej odpowiadać warunkom panującym w instalacjach ciepłej wody.
Cele i hipotezy
Celem badania było porównanie trwałości chemicznej oraz aktywności przeciwdrobnoustrojowej nadtlenku wodoru stabilizowanego srebrem i chloru w warunkach odpowiadających pracy instalacji ciepłej wody. Sprawdzano wpływ temperatury, czasu stagnacji i składu wody na zanik środków dezynfekcyjnych oraz oceniano, czy preparat nadtlenkowy zachowuje zdolność inaktywacji L. pneumophila po wielogodzinnym lub kilkudniowym działaniu wysokiej temperatury.
Metody badawcze
Badania przeprowadzono w wodzie ultraczystej, kontrolowanej wodzie syntetycznej oraz chloraminowanej wodzie wodociągowej pobranej z dwóch budynków w Toronto. Wodę zawierającą chlor lub nadtlenek wodoru stabilizowany srebrem przechowywano bez dostępu światła, bez przestrzeni powietrznej nad cieczą, przez maksymalnie 72 godziny w temperaturze 55 lub 60°C. W części doświadczeń do wody syntetycznej dodawano kwas humusowy albo taninowy, aby odtworzyć wpływ materii organicznej i epizodów zanieczyszczenia. Skuteczność dezynfekcji oceniano wobec planktonowych komórek L. pneumophila w temperaturach 35, 45 i 55°C. Po cieplnym starzeniu roztworów wykonywano dodatkowe próby w temperaturze 45°C, odpowiadającej warunkom możliwym w oddalonych od źródła ciepła częściach instalacji. Wyniki oparto na oznaczaniu liczby żywych bakterii metodą hodowlaną oraz pomiarach wolnego i całkowitego chloru i nadtlenku wodoru.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Skuteczność nadtlenku wodoru stabilizowanego srebrem wyraźnie wzrastała wraz z temperaturą. Przy stężeniu 20 mg/l uzyskanie redukcji liczby bakterii o ponad dwa rzędy wielkości w temperaturze 35°C wymagało ponad 45 minut. W temperaturze 45°C liczba bakterii spadła poniżej granicy wykrywalności w czasie krótszym niż 10 minut, natomiast w 55°C redukcję przekraczającą 2,4 rzędu wielkości osiągnięto w ciągu 5 minut. Samo działanie temperatury 55°C powodowało w tym czasie jedynie niewielkie zmniejszenie liczby żywych komórek, co wskazuje na współdziałanie podwyższonej temperatury i środka dezynfekcyjnego.
W wodzie syntetycznej bez materii organicznej różnice trwałości obu środków były umiarkowane, ponieważ zawarte w niej składniki nieorganiczne, prawdopodobnie metale aktywne w reakcjach utleniania, przyspieszały rozkład nadtlenku wodoru. Po dodaniu materii organicznej różnice stały się jednak znaczne. W temperaturze 55°C chlor w wielu wariantach zanikał całkowicie lub niemal całkowicie w ciągu 24–72 godzin. W tym samym okresie ubytek składnika nadtlenkowego wynosił na ogół tylko około 7–14%. Autorzy wskazują, że materia organiczna mogła wiązać metale katalizujące rozkład nadtlenku, podczas gdy sama silnie zwiększała zapotrzebowanie na chlor.
W nieuzdatnianej dodatkowo wodzie wodociągowej ogrzewanej do 60°C wolny chlor spadał poniżej stężeń uznawanych za ochronne w czasie krótszym niż 24 godziny, a chlor całkowity zwykle w ciągu około 40 godzin. Po zwiększeniu początkowego stężenia wolnego chloru do około 4 mg/l środek ten zanikał całkowicie w ciągu 24–48 godzin. Nadtlenek wodoru stabilizowany srebrem, zastosowany początkowo w stężeniu około 20 mg/l, po 72 godzinach pozostawał w badanych wodach na poziomie średnio 2,7 i 5,2 mg/l. Różnice między próbkami z dwóch budynków pokazują jednocześnie, że szybkość rozkładu zależy od lokalnego składu wody.
Roztwór zawierający 8 mg/l preparatu nadtlenkowego zachował pełną skuteczność bakteriobójczą po 72 godzinach przechowywania w temperaturze 55 i 60°C. Dla porównania chlor po 72 godzinach w 55°C oraz już po 24 godzinach w 60°C praktycznie utracił aktywność wobec L. pneumophila. Także stężenie 4 mg/l, odpowiadające wartościom resztkowym zmierzonym po starzeniu w wodzie wodociągowej, powodowało w 45°C redukcję liczby bakterii o ponad jeden rząd wielkości w ciągu 10 minut i o ponad dwa rzędy w ciągu 25 minut.
Wnioski
Nadtlenek wodoru stabilizowany srebrem okazał się bardziej trwały niż chlor w warunkach wysokiej temperatury, stagnacji i podwyższonego zapotrzebowania na utleniacz. Zachowanie wielodniowego stężenia resztkowego przekładało się na utrzymanie aktywności wobec L. pneumophila. Wyniki uzasadniają dalsze badania tego rozwiązania jako dodatkowej lub alternatywnej metody ochrony instalacji ciepłej wody. Nie dowodzą jednak, że preparat umożliwia już bezpieczne obniżenie temperatur eksploatacyjnych; taka zmiana wymagałaby potwierdzenia w instalacjach rzeczywistych i oceny wszystkich zagrożeń sanitarnych.
Ograniczenia zakresu badawczego
Doświadczenia prowadzono głównie w wodzie znajdującej się w zamkniętych naczyniach. Nie uwzględniono powierzchni przewodów, biofilmu, osadów, stref martwych, zmiennych przepływów, gradientów temperatury ani wpływu materiałów instalacyjnych. Badano pojedynczy szczep L. pneumophila w postaci planktonowej, bez pierwotniaków mogących chronić bakterie przed dezynfekcją. Woda wodociągowa pochodziła tylko z dwóch budynków, a wybrane dawki środków nie stanowiły porównania równoważnych stężeń. Autorzy podkreślają zatem potrzebę długoterminowych badań pilotowych w instalacjach o rzeczywistej złożoności hydraulicznej, chemicznej i biologicznej.
Artykuł dostępny na stronie czasopisma ACS ES&T Water