Τα συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών απαιτούν συστηματική επίβλεψη και συντήρηση, καθώς ευνοούν την ανάπτυξη μικροοργανισμών οι οποίοι μπορούν να προκαλέσουν δυσλειτουργίες στις εγκαταστάσεις. Παρ’ όλα αυτά, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι και πρακτικές που μπορούν να αποτρέψουν τη βιολογική ρύπανση.

Της κ. Μαρίας Τριανταφύλλου*

Η βιολογική ρύπανση στα συστήματα χαμηλών θερμοκρασιών αποτελεί ένα συχνά υποτιμημένο, αλλά ιδιαίτερα κρίσιμο, ζήτημα για τη λειτουργική αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής των εγκαταστάσεων. Σε κυκλώματα θέρμανσης και ψύξης χαμηλών θερμοκρασιών, σε αντλίες θερμότητας και σε θέρμανση δαπέδου, οι συνθήκες λειτουργίας ευνοούν την ανάπτυξη μικροοργανισμών και τον σχηματισμό βιοφίλμ, ιδίως όταν συνδυάζονται με στάσιμες ζώνες και χαμηλές ταχύτητες ροής. Η κατανόηση των μηχανισμών βιολογικής ρύπανσης και η εφαρμογή κατάλληλων στρατηγικών ελέγχου αποτελούν βασική προϋπόθεση για τη βιώσιμη και αποδοτική λειτουργία των σύγχρονων συστημάτων χαμηλών θερμοκρασιών. Η βιορύπανση είναι η ανεπιθύμητη ανάπτυξη βιολογικής ύλης, κυρίως βακτηρίων. Τα βακτήρια εισέρχονται στο σύστημα μέσω του νερού πλήρωσης και, εάν δεν ελεγχθούν έγκαιρα, μπορούν να πολλαπλασιαστούν με εξαιρετικά γρήγορους ρυθμούς, φτάνοντας σε διπλασιασμό του πληθυσμού τους ακόμη και κάθε 20 λεπτά. Κυκλοφορούν ελεύθερα στο νερό του συστήματος, ως βακτηριοπλαγκτόν, ή προσκολλώνται στα τοιχώματα των σωληνώσεων ως άμισχα βακτήρια, που μπορούν να σχηματίσουν αποικίες με προστατευτικές επικαλύψεις πολυσακχαριτών, γνωστές ως βιοφίλμ.

Ο σχηματισμός βιοφίλμ είναι συχνά προβληματικός, ειδικά όταν υπάρχουν υπολείμματα ροής στο σύστημα. Το βιοφίλμ (μαζί με τα σχετικά υπολείμματα) μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένους ρυθμούς ροής, μειωμένη μεταφορά θερμότητας, λειτουργικά προβλήματα και μειωμένο προσδόκιμο ζωής των εξαρτημάτων του συστήματος. Το βιοφίλμ, ως ένα λεπτό στρώμα μικροοργανισμών, κολλάει πάνω σε επιφάνειες οι οποίες περιβάλλονται από μια «βλέννα» που οι ίδιοι παράγουν. Μέσα σε αυτό το βιοφίλμ μπορούν να ζήσουν και να πολλαπλασιαστούν συγκεκριμένα βακτήρια τα οποία δημιουργούν και επιταχύνουν τη λεγόμενη «μικροβιολογικά επηρεαζόμενη διάβρωση» (Microbiologically Influenced Corrosion [MIC]), που επιδρά αρνητικά στα μεταλλικά στοιχεία της εγκατάστασης.

Ο κίνδυνος της βιολογικής ρύπανσης ελαχιστοποιείται όταν το σύστημα λειτουργεί, υποβοηθώντας τη συνεχή κυκλοφορία νερού σε όλα τα σημεία εσωτερικά της εγκατάστασης. Στην πράξη, αυτό σημαίνει την αποφυγή περιοχών στασιμότητας, συμπεριλαμβανομένων των νεκρών ζωνών. Οι νεκρές ζώνες θα πρέπει να εξαλείφονται ή να τροποποιούνται, ώστε να παρέχουν καλή κυκλοφορία του νερού για την ελαχιστοποίηση του μικροβιακού πολλαπλασιασμού και των βιοφίλμ.

Παράγοντες ανάπτυξης βακτηρίων

Αρχικά, καθοριστικό ρόλο διαδραματίζει το δυναμικό οξείδωσης – αναγωγής του συστήματος, καθώς ο πληθυσμός και το είδος των μικροοργανισμών διαφοροποιούνται ανάλογα με το τοπικό οξειδοαναγωγικό περιβάλλον που επικρατεί στο νερό, στις μεταλλικές επιφάνειες και ιδιαίτερα εντός του βιοφίλμ.

Τα βακτήρια μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με το πόσο οξυγόνο χρειάζονται για την ανάπτυξή τους. Για παράδειγμα, τα αερόβια βακτήρια, αναπτύσσονται με την παρουσία οξυγόνου (ψευδομονάδες, λεγιονέλλα), τα προαιρετικά αναερόβια μπορούν να αναπτυχθούν με ή χωρίς οξυγόνο (E. Coli), ενώ τα αναερόβια αναπτύσσονται απουσία οξυγόνου, όπως τα βακτήρια μείωσης θειικών ενώσεων (SRB). Το pH του νερού θέρμανσης αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη βακτηρίων και το σχηματισμό βιοφίλμ στα κλειστά συστήματα. Συνήθως τα βακτήρια ευδοκιμούν σε ουδέτερο pH, συνήθως στην περιοχή των 6,5 – 7,5, ενώ υπάρχουν και κάποια που ευδοκιμούν κάτω από pH 4 ή πάνω από pH 9.

Ωστόσο, το pH δεν είναι ομοιόμορφο σε όλο το σύστημα, καθώς μέσα στο βιοφίλμ ή κάτω από αποθέσεις μπορεί να δημιουργούνται τοπικά μικροπεριβάλλοντα με χαμηλότερο pH, τα οποία ευνοούν την ανάπτυξη συγκεκριμένων βακτηρίων, ακόμη και όταν το pH του κυκλοφορούντος νερού βρίσκεται εντός των προδιαγραφών. Η θερμοκρασία παίζει καθοριστικό ρόλο, καθώς τα βακτήρια αναπτύσσονται σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, η πραγματική ταχύτητα ανάπτυξής τους επηρεάζεται και από άλλους παράγοντες, ιδιαίτερα σε κλειστά συστήματα όπου οι συνθήκες είναι πιο σταθερές και ελεγχόμενες.

ξης, τα βακτήρια μπορούν να αναπτυχθούν εύκολα, καθώς η θερμοκρασία του νερού συχνά πλησιάζει τη βέλτιστη τιμή ανάπτυξής τους, όπου και ο ρυθμός πολλαπλασιασμού είναι μέγιστος. Ακόμη και σε συστήματα που λειτουργούν εκτός του χαμηλού εύρους θερμοκρασιών, ορισμένες περιοχές μπορούν να παρέχουν ιδανικές θερμοκρασίες για την ανάπτυξη βακτηρίων, όπως υπό συνθήκες στασιμότητας ή όταν το σύστημα είναι ανενεργό.

Είναι σημαντικό για τον υπεύθυνο της εγκατάστασης να μην επιλέγει προϊόντα αμφιβόλου προέλευσης, χαμηλής ποιότητας και χωρίς πιστοποιήσεις, γιατί έτσι υπονομεύει την αξιοπιστία και την ποιότητα των εγκαταστάσεων.

Το βιοφίλμ

Ο σχηματισμός βιοφίλμ αποτελεί μια διεργασία κατά την οποία οι μικροοργανισμοί εκκρίνουν μία κολλώδη ουσία, προσκολλώνται στις εσωτερικές επιφάνειες και αναπτύσσονται μέσα σε αυτήν την προστατευτική μήτρα. Τα περισσότερα βιοφίλμ ξεκινούν από ψευδομονάδες και αναπτύσσονται μέχρι να φτάσουν σε πάχος μερικών κυττάρων. Στη συνέχεια, άλλα είδη βακτηρίων και υπολείμματα προσκολλώνται στο βιοφίλμ.

Κάτω από το βιοφίλμ υπάρχει λιγότερο οξυγόνο απ’ ό,τι γύρω του, και αυτή η διαφορά δημιουργεί μια μικρή “ηλεκτρική” κυψέλη που προκαλεί τοπική διάβρωση.

Ως αποτέλεσμα αυτής της συνύπαρξης, τα βιοφίλμ μπορούν να φτάσουν σε πάχος αρκετών χιλιοστών, ειδικά σε συστήματα με ανεπαρκή επεξεργασία νερού και χαμηλή ροή. Το βιοφίλμ προστατεύει τα προσκολλημένα βακτήρια από εχθρικές συνθήκες, συμπεριλαμβανομένης της έκθεσης σε βιοκτόνα. Η επίδραση των βιοφίλμ στη διάβρωση του συστήματος είναι καθοριστική, καθώς τα βιοφίλμ μεταβάλλουν σημαντικά τις τοπικές φυσικοχημικές συνθήκες στις μεταλλικές επιφάνειες.

Υπάρχει μια φυσική σειρά με την οποία αναπτύσσονται βακτήρια σε κλειστά συστήματα θέρμανσης και ψύξης. Τα βακτήρια καλύπτουν τις μεταλλικές επιφάνειες με βιοφίλμ. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται διαφορές στη συγκέντρωση οξυγόνου ανάμεσα στις περιοχές που καλύπτονται από το βιοφίλμ και σε εκείνες που παραμένουν εκτεθειμένες. Όταν το βιοφίλμ είναι παχύ, το οξυγόνο κοντά στη μεταλλική επιφάνεια μειώνεται σημαντικά, με αποτέλεσμα η περιοχή κάτω από το βιοφίλμ να λειτουργεί ως άνοδος και η εξωτερική περιοχή ως κάθοδος. Αυτή η διαφορά ευνοεί την ηλεκτρολυτική διάβρωση και οδηγεί σε τοπική διάβρωση του μετάλλου.

Επιπλέον, κατά τον μεταβολισμό τους, τα βακτήρια παράγουν υποπροϊόντα που είναι χημικά επιθετικά για τα μέταλλα, όπως οργανικά και ανόργανα οξέα, θειικά και αμμωνία, η οποία επιτίθεται στο χαλκό και μπορεί να προκαλέσει ρηγμάτωση του ορείχαλκου.

Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι ανθεκτικός στη διάβρωση λόγω της παρουσίας μιας μεμβράνης σταθερού οξειδίου στην επιφάνεια. Ωστόσο, στις συνθήκες χαμηλού οξυγόνου κάτω από ένα βιοφίλμ, αυτό το στρώμα οξειδίου διασπάται, αφαιρώντας έτσι αυτή την προστασία και επιτρέποντας την εμφάνιση διάβρωσης.

Όταν κάτω από ένα βιοφίλμ το οξυγόνο είναι περιορισμένο ή απουσιάζει, δημιουργούνται ιδανικές συνθήκες για την ανάπτυξη αναερόβιων βακτηρίων, όπως είναι τα θειοαναγωγικά βακτήρια, τα οποία είναι από τις πιο κοινές αιτίες μικροβιολογικά επηρεασμένης διάβρωσης (MIC).

Αυτά τα βακτήρια μπορούν να προκαλέσουν τοπική διάβρωση σε μέταλλα όπως ο μαλακός χάλυβας ή το ανοξείδωτο, κυρίως κάτω από αποθέσεις που σχηματίζονται σε σωληνώσεις ή άλλα εξαρτήματα. Τα θειοαναγωγικά βακτήρια μετατρέπουν το θειικό άλας που υπάρχει στο νερό σε υδρόθειο, μια ουσία που αντιδρά με το μέταλλο και σχηματίζει μεταλλικά σουλφίδια, τα οποία είναι προϊόντα της διάβρωσης. Η παρουσία του υδρόθειου προκαλεί τη χαρακτηριστική δυσοσμία κλούβιου αυγού, η οποία αποτελεί ένδειξη βακτηριακής δραστηριότητας.

Τα βιοκτόνα

Η επιλογή των κατάλληλων βιοκτόνων αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για τον αποτελεσματικό έλεγχο της μικροβιολογικής ρύπανσης στα κλειστά συστήματα θέρμανσης και ψύξης. Ο μικροβιολογικός έλεγχος ενός συστήματος επιτυγχάνεται μέσω συνδυασμού προληπτικών και διορθωτικών ενεργειών.

Αρχικά, απαιτείται η διατήρηση του συστήματος καθαρού από υπολείμματα, ιλύ και καθιζανόμενα στερεά, τα οποία ευνοούν το σχηματισμό βιοφίλμ. Μετά τον καθαρισμό και πριν από τη θέση σε λειτουργία, είναι απαραίτητη η παρουσία κατάλληλου βιοκτόνου στο σύστημα στη σωστή συγκέντρωση, το οποίο λειτουργεί προληπτικά έναντι της μικροβιολογικής ανάπτυξης.

Η αποτελεσματικότητα ενός βιοκτόνου δεν εξαρτάται μόνο από τη δραστικότητά του έναντι των μικροοργανισμών, αλλά και από τη συμβατότητά του με τα υλικά του συστήματος, τις συνθήκες λειτουργίας και τις χημικές παραμέτρους του νερού.

Κατά την επιλογή βιοκτόνου για χρήση σε ένα σύστημα, απαιτείται να λαμβάνονται υπόψη:

• Το εύρος pH στο οποίο το βιοκτόνο παραμένει αποτελεσματικό και χημικά σταθερό.
• Η συμβατότητά του με τις λοιπές χημικές ουσίες του συστήματος όπως οι αναστολείς διάβρωσης και οι γλυκόλες.
• Το φάσμα και η στοχευμένη αποτελεσματικότητά του έναντι των μικροοργανισμών.
• Οι περιβαλλοντικές επιπτώ-σεις των υδάτων απόρριψης.

Η συμμόρφωση του προϊόντος με τις απαιτήσεις έγκρισης των ευρωπαϊκών κανονισμών. Παράλληλα, η σωστή δοσολογία, η συνεχής παρακολούθηση και η προσαρμογή της εφαρμογής στις πραγματικές συνθήκες του συστήματος, είναι απαραίτητες για τη διασφάλιση μακροχρόνιας προστασίας. Η στοχευμένη και τεκμηριωμένη επιλογή βιοκτόνων, σε συνδυασμό με ορθές πρακτικές λειτουργίας και συντήρησης, αποτελεί βασική προϋπόθεση για τη διατήρηση της απόδοσης, της αξιοπιστίας και της διάρκειας ζωής των εγκαταστάσεων.

Είναι σαφώς ευκολότερο και οικονομικότερο να προβλεφθεί και να εφαρμοστεί μικροβιολογικός έλεγχος σε ένα νέο σύστημα θέρμανσης και ψύξης, σε σύγκριση με τον καθαρισμό ενός ήδη ρυπασμένου συστήματος που παρουσιάζει εκτεταμένη συσσώρευση βιοφίλμ, καθώς η πρόληψη είναι φθηνότερη της θεραπείας.

*Η κ. Μαρία Τριανταφύλλου είναι country manager της Fernox για Ελλάδα και Κύπρο.