При какой температуре развиваются бактерии в воде

Первый, самый известный случай заражения бактерией Legionella произошел в гостинице «Bellevue-Stratford» в Филадельфии в 1976 году [1].  Там проходила встреча около 4500 военных ветеранов из «Американского Легиона», из них 182 человека неожиданно заболели, признаки болезни были похожи на обычную пневмонию. Примененные стандартные антибиотики оказались неэффективными, и 29 заболевших умерли. Поскольку происхождение болезни было неизвестно, начался лихорадочный поиск причины.

Прошло много времени прежде, чем узнали, что болезнь вызвана бактерией, которая до сих пор не была выявлена. От названия «Американский легион», в котором служили жертвы и у которых первый раз обнаружили бактерию, ее назвали «Legionella pneumophila», а болезнь, которую она вызывает «легионеллез».

Самая масштабная в Европе эпидемия легионеллеза вспыхнула в апреле 1985 года в Главной районной больнице в городе Страффорд в Великобритании, где из 101 человека заболевших легионеллезом, умерли 28.

В обоих случаях, как выявили позже, причиной был кондиционер. Источником заражения стал водный аэрозоль, содержавший бактерии Legionella, который поступал в помещение из системы кондиционирования.

Живёт только в течение нескольких часов. Это значит, что даже если происходит размножение бактерии, за это время другие погибнут. Благодаря этому соблюдается равновесие.

Четко описанные условия её выращивания в лабораторных питомниках свидетельствуют о том, что не являются свободно живущей бактерией.  Черпает необходимые для роста субстанции из живых или отмерших клеток сопутствующих ей микроорганизмов.  

Это, вероятно, объясняет факт  выживания и размножения бактерии в естественной среде в экстремальных условиях (низкие температуры, высокие температуры, высушивание,  средства дезинфекции).

Встречается во всех естественных водах, во влажных местах, озерах, реках, морях, грунтовых водах. В системах очистки водопроводной воды бактерии удаляются не полностью.

В этом случае их концентрация в воде не изменяется даже при интенсивном промывании системы. В случае случайного заражения замена уплотнителей, промывка и очистка от камня, а также продуктов коррозии арматуры или сильный напор воды приводят к уменьшению концентрации бактерий.

Размножению способствует, прежде всего, слишком низкая температура горячей воды в водонагревателях и баках при длительном периоде ее нахождения, а также появляющиеся в результате недобросовестной чистки и содержания осадка или биопленки.

Практически во всех системах тепловодоснабжения присутствуют бактерии Legionella. Для уменьшения их концентрации проводится дезинфекция.

Химическая дезинфекция

Существует несколько методов химической дезинфекции: дезинфекция хлором, ионами меди и серебра, йодом и озоном.

Хлорирование – наиболее распространенный метод химической дезинфекции. Эффективность такой дезинфекции зависит от pH, температуры, количества органических соединений и присутствия биопленки.

Наиболее быстрым является процесс так называемого шокового гиперхлорирования, который заключается в использовании соединений хлора в таком количестве, чтобы достигнуть в течение двух часов концентрации свободного хлора 10 мг/дм3. При этом температура воды не может быть более 30 °C. Затем систему следует промывать, пока уровень свободного хлора не станет 0,1…0,3 мг/дм3, а pH воды – 7,6…8,3.

Этот метод является эффективным, но имеет и негативные стороны: необходимо постоянное наблюдение за системой в связи с тем, что во время хлорирования могут появиться соединения с канцерогенными свойствами, что может угрожать здоровью потребителей водопроводной воды. А также  использование большой дозы хлора повышает коррозионную активность воды [8].

Дезинфекция ионами меди и серебра состоит в использовании синергетического биоразрушающего действия этих ионов. Предлагаемая доза составляет 0,2…0,4 мг/дм3 ионов меди и 0,02…0,04 мг/дм3 ионов серебра [8]. Во время использования этого метода необходимо постоянно наблюдать за концентрацией ионов меди и серебра.

Йодирование состоит в добавлении йода в воду. Применяемая доза йода составляет 16 мг/дм3, а время контакта – 1 ч.

Озонирование состоит в использовании для дезинфекции воды сильного окислителя – озона O3.

Сильными дезинфицирующими свойствами обладает атомный кислород, образовывающийся при распаде озона. Он приводит к сокращению бактерий в течение 5 мин. на 99 %. Однако в виду сильных окислительных свойств его можно применять для дезинфекции системы тепловодоснабжения в ограниченном объеме.

Химическое средство дезинфекции должно достичь всех точек системы. Это осуществляют путем кратковременного открытия всей водоразборной арматуры системы. Время контакта должно составлять от одного до двух часов [3].

Описанные выше химические методы в связи с необходимостью мониторинга, имеют серьезные сложности, вытекающие из поддержания соответствующей дозировки дезинфицирующего средства, а также его неблагоприятного влияния на свойства воды и повышение ее агрессивности. Это побуждает к применению физических методов дезинфекции систем тепловодоснабжения.

Дезинфекция с помощью ультрафиолетовых лучей

Бактерии, находящиеся трубопроводной воде, могут быть уничтожены с помощью ультрафиолетового излучения. Для такой дезинфекции подходят лампы, излучающие волны длиной от 220 до 320 нм. Чаще всего применяют УФ стерилизаторы, устанавливаемые перед водоразборными точками.

Этот метод эффективен только для бесцветной и прозрачной воды. Таким образом, перед такими устройствами необходимо установить фильтры, задерживающие суспензии и осадки.

Термическая дезинфекция системы

При термической дезинфекции воду нагревают до температуры дезинфекции в течение необходимого времени. Считается, что во время цикличной термической дезинфекции температура воды должна быть не ниже 70 °C [13]. Время дезинфекции составляет от 5 до 30 мин. При температуре воды 70 °C время ее дезинфекции составляет 5 мин., при температуре 65 °C время увеличивается до 10 мин., при 60 °C – до 30 мин. [8].

При проведении дезинфекции все водоразборные точки должны быть закрыты, а циркуляционный насос должен все время работать. Такой режим работы системы необходимо поддерживать до тех пор, пока не будет достигнута соответствующая температура во всех стояках. Если невозможно получить необходимую температуру во всей системе одновременно, дезинфекцию производят по частям системы. Точно так же, как и в случае с другими методами дезинфекции, этот процесс необходимо периодически повторять, чтобы минимизировать повторное заселение системы бактериями вида Legionella. Следует также помнить об обеспечении безопасности пользователей воды – защите от ошпаривания.

Количество бактерий Legionella, которое может привести к заболеванию, точно не определено, однако это достаточно большое количество. Высокая вероятность заболевания существует при загрязнении воды достигающем 106 cfu/дм3.

Особенно велика вероятность попадания аэрозоля с бактериями в легкие при принятии душа. Закрытая душевая кабинка содействует большей и более длительной концентрации капелек воды вокруг человека, который моется. Количество бактерий 103 cfu/дм3, которые проникли в дыхательную систему при ингаляции, уже является достаточно высокой дозой, способной вызвать инфекцию при наличии благоприятных условий. После проникновения бактерий в организм болезнь может проявиться спустя несколько дней, иногда даже спустя несколько недель.

Бактерии Legionella размножаются в воде в пределах температуры от 20 до 46 °C. Оптимальной температурой их развития является 37…43 °C. Следовательно, холодная вода в системе не должна быть выше температуры 20 °C, а горячая вода – быть ниже 46 °C. Исследования показали, что наиболее многочисленные колонии бактерий содержатся в водопроводах с температурой воды 40 °C. Количество этих бактерий в воде обычно удерживается на уровне 104 cfu/дм3, а в осадках их количество может достигать даже 105…109 cfu/см2.

Бактерии Legionella развиваются особенно быстро в системах тепловодоснабжения с неправильно функционирующей циркуляцией. Многие старые системы так спроектированы, что вода в трубах охлаждается слишком интенсивно.

Одним из наиболее эффективных способов сокращения риска инфицирования бактериями Legionella из системы тепловодоснабжения является использование технических решений, обеспечивающих правильное функционирование циркуляции горячей воды вместе с поддержанием рекомендуемого уровня температуры воды в циркуляционном контуре.

Температура воды в системе тепловодоснабжения не должна быть менее 50 °C. Это условие невозможно выполнить на участках, где стояки соединяются с водоразборной арматурой в связи с отсутствием циркуляции в них. Эти участки должны быть выполнены из медных труб – материала, в котором Legionella практически не развивается. В виду распространенности наличия палочек Legionella в системах тепловодоснабжения эти системы должны периодически проверяться.

В связи с тем, что метод термической дезинфекции системы тепловодоснабжения относительно простой, эффективный и недорогой, он является наиболее приемлемым для широкого применения.

При проектировании системы тепловодоснабжения следует учитывать определенные рекомендации:

– проектировать систему циркуляции горячей воды таким образом, чтобы при правильной эксплуатации температура воды во всей системе не опускалась

– избегать проектирования элементов, в которых могут скапливаться осадки и образовываться продукты коррозии, которые могут способствовать размножению Legionella (избегать использования  труб и элементов из оцинкованной стали);

– участки, в которых не циркулирует вода, соединяющие стояки с водозаборной арматурой, следует проектировать из медных труб (материал, на котором Legionella практически не размножается);

– использовать оборудование с возможностью термической дезинфекции системы.

При эксплуатации системы тепловодоснабжения:

– температура воды в циркуляционном контуре должна быть =
– проводить термическую дезинфекцию системы (при необходимости);
– должны периодически проводится проверки системы на присутствие в ней бактерий Legionella.