Bezpieczeństwo mikrobiologiczne systemów wodnych

Image

W systemach wodnych bardzo często występują  biofilmy, czyli tzw. obrosty biologiczne. Te biologiczno-chemiczne struktury odkładające się na powierzchniach kontaktujących się z  wodą stwarzają niebezpieczeństwo w wielu branżach przemysłu. Są zagrożeniem zarówno dla odbiorców produktów finalnych, jak i  producentów. Powstawanie biofilmów to zjawisko dość częste, jednak głównym powodem, dla którego wiele przedsiębiorstw zwraca uwagę na skutki ich występowania jest pojawiający się wzrost liczby oznaczanych w wodzie bakterii grupy coli. Te wskaźniki stanu sanitarnego wody często towarzyszą innym bakteriom heterotroficznym tworzącym biofilmy.

Występowanie biofilmów może być związane z szeregiem czynników fizykochemicznych, wśród których najważniejsze są: sposób uzdatniania wody, rodzaj środka dezynfekującego, poziom przyswajalnego węgla organicznego oraz rodzaj materiału. Woda zawierająca wysoki poziom związków węgla (AOC) trudniej podlega procesom dezynfekcji. Np. w wodach chlorowanych z poziomem AOC wyższym niż 100 μg/L odnotowano znacznie więcej prób wykazujących obecność bakterii grupy coli. Rodzaj materiału instalacyjnego, a także nagromadzenie produktów korozji może radykalnie wpłynąć na tworzenie biofilmów w systemach wody pitnej. Warto zaznaczyć, że miejscowe uszkodzenia w materiale instalacyjnym mogą stanowić swoiste siedliska – nisze ochronne dla rozwoju bakterii. Powstawanie np. wżerów w rurach metalowych może być przyspieszone przez wysoki poziom chlorków i siarczanów. Stosunek poziomu chlorków i siarczanów do wodorowęglanów, znany jako tzw. wskaźnik Larsona, może wskazywać na tendencje instalacji do korozji wżerowej. Wartość wspomnianego indeksu Larsona może zmieniać się sezonowo, najwyższy poziom osiągając w miesiącach letnich, kiedy temperatura wody w instalacjach wody ulega zwykle podwyższeniu.

Efektem badań prowadzonych we współpracy z przemysłem i jednostkami PAN było gruntowne poznanie problemów związanych z funkcjonowaniem systemów dystrybucji wody. Opracowano skuteczne strategie antybiofilmowe, oparte o  modyfikacje powierzchni aktywnymi polimerami krzemoorganicznymi – organosilanami, których łańcuchy związane są jednym końcem z powierzchnią materiału podlegającego modyfikacji. Charakter łańcuchów można odpowiednio zmieniać, poprawiając tym samym cechy powierzchniowe materiału instalacyjnego.

Zrealizowane projekty:

  1. KBN N205 129935 Modyfikacja powierzchni materiałów nieorganicznych celem nadania im własności adhezyjnych lub antyadhezyjnych dla drobnoustrojów.
  2. Praca-badawcza I31/323/B Badania czystości mikrobiologicznej wody oczyszczonej.
  3. Praca badawcza I31/326/B Badania mikrobiologiczne wody z ujęć głębinowych.

Uzyskany patent:

Kręgiel D., Rygała A, Nowacka M., Kowalewska A., Patent 235567 Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny.

Wyniki badań zostały przedstawione w cyklu oryginalnych i przeglądowych artykułów naukowych w renomowanych czasopismach o zasięgu międzynarodowym:

  1. Kręgiel D., Advances in biofilm control for food and beverage industry using organo-silane technology: a review. Food Control, 2014, 40, 32–40.
  2. Kręgiel D., Niedzielska K., Effect of plasma processing and organo-silane modifications of polyethylene on Aeromonas hydrophila biofilm formation. BioMed Research International, 2014, ID 232514.
  3. Kruk T., Szczepanowicz K., Kręgiel D., Szyk-Warszyńska L., Warszyński P., Nanostructured multilayer polyelectrolyte films with silver nanoparticles as antibacterial coatings. Colloids and Surfaces B-Biointerfaces. 2016, 1, 158-166.
  4. Nowacka M., Rygała A., Kręgiel D., Kowalewska A., Poly(silsesquioxanes) and poly(siloxanes) grafted with N-acetylcysteine for eradicating mature bacterial biofilms in water environment. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2018, 172, 627-63.
  5. Kręgiel D., Rygała A., Kolesińska B., Nowacka M., Herc A.S., Kowalewska A., Antimicrobial and antibiofilm N-acetyl-L-cysteine grafted siloxane polymers with potential for use in water systems. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20, 2011.
  6. Rygala A., Berłowska J., Kręgiel D., Heterotrophic plate count for bottled water safety management. Processes, 2020, 8, 739.

Korzyści społeczne i gospodarcze z wdrożenia wyników projektów:

Dzięki interdyscyplinarnym badaniom nastąpiło istotne wzmocnienie współpracy placówek naukowo-badawczych w obszarze modyfikacji powierzchni. Szeroka współpraca z wiodącymi jednostkami naukowymi PAN pozwoliła na opracowanie kompleksowych rozwiązań, usuwających już utworzone biofilmy oraz przeciwdziałające ich powstawaniu. Badania te mają istotne znaczenie gospodarcze i  społeczne, zarówno w kraju jak i na świecie, bowiem straty wynikające z tworzenia biofilmów (zanieczyszczenie produktu, zakłócenia w przepływie, biodeterioracja) są olbrzymie i trudne do oszacowania.

Strona dziala - zabbix