Biofilm di pipa, tangki, dan mesin: terbentuk, tempatnya, membersihkan, dan mencegah

Dispenser air minum di dapur sebuah rumah sakit memakai air dari unit osmosis balik. Uji laboratorium rutin menunjukkan jumlah bakteri yang jauh lebih tinggi daripada air di keran sebelum unit itu. Teknisi menyanitasi unit dengan larutan klorin, membilasnya, dan uji berikutnya baik. Dua minggu kemudian angkanya kembali tinggi. Pada pemeriksaan kedua, teknisi membuka selang keluaran dan meraba lapisan licin tipis di dalamnya, lalu menemukan kaki pipa buntu bekas keran yang sudah dicabut, berisi air yang tidak pernah mengalir.

Sanitasi yang singkat membunuh bakteri yang mengambang di air dan bagian luar lapisan licin itu, tetapi tidak menghilangkan lapisannya. Bakteri di dalam lapisan pulih dan melepaskan sel baru ke air. Lapisan itu adalah biofilm, dan selama ia ada, hasil baik setelah sanitasi hanya sementara. Bab ini menjelaskan cara biofilm terbentuk, di mana ia tumbuh di fasilitas, dan cara membersihkan dan mencegahnya.

Batas pembahasan

Bab ini membahas biofilm di sistem air, mesin, dan peralatan laundry, dapur, dan gedung. Pembersihan dan sanitasi membran RO ada di Bab 8 · Air & Pengolahan Air, pengendalian Legionella air panas di Bab 13 · Bangunan & Fasilitas, disinfeksi pipa baru di Bab 14 · Bangunan & Fasilitas, sanitasi mesin es di bab refrigerasi dan mesin es, dan menara pendingin di bab air pendingin. Disinfektan dan kinetikanya ada di bab disinfektan dan bab kinetika rak ini. Sumbernya adalah narasi Bangunan, narasi Fluida dan Termal, narasi Teknik Air dan Lingkungan, dokumen kerja di Drive pemilik, dan pengetahuan mikrobiologi umum yang ditandai di peta sumber. Angka di bab ini adalah nilai literatur umum atau angka latihan; prosedur pembersihan peralatan mengikuti petunjuk pabriknya.

Apa itu biofilm

Buku perancangan plumbing dalam narasi menjelaskan bahwa biofilm terbentuk ketika bakteri melekat pada permukaan padat dan membungkus dirinya dengan polisakarida yang lengket. Lapisan lengket itu, yang disebut matriks, dibuat oleh mikroorganisme sendiri dan berisi polisakarida, protein, dan bahan genetik. Di dalamnya hidup bersama berbagai bakteri, kadang jamur dan protozoa, dalam lapisan yang tebalnya dari beberapa mikrometer sampai beberapa milimeter.

Biofilm adalah cara hidup yang paling umum bagi bakteri di alam dan di sistem air. Bakteri yang mengambang bebas di air sering hanya sebagian kecil dari yang ada; sebagian besar menempel di dinding pipa, tangki, selang, dan mesin. Karena itu jumlah bakteri di sampel air menunjukkan apa yang lepas dari biofilm, bukan seluruh populasinya.

Tahap terbentuknya

Biofilm terbentuk dalam beberapa tahap (nilai literatur umum untuk urutan dan waktunya):

1. Lapisan pengondisi: dalam hitungan menit, bahan organik dari air menempel di permukaan dan membuatnya lebih mudah ditempeli.
2. Penempelan awal: bakteri mendekat dan menempel lemah; pada tahap ini mereka masih mudah lepas oleh aliran atau pembersihan.
3. Penempelan kuat dan pembentukan matriks: dalam beberapa jam sampai sehari, bakteri mulai membuat matriks dan menempel kuat.
4. Pematangan: dalam beberapa hari sampai minggu, biofilm menebal, membentuk saluran air di dalamnya, dan menampung banyak jenis mikroorganisme.
5. Pelepasan: potongan biofilm dan sel bebas lepas ke air, terutama ketika aliran berubah, dan menempel di tempat lain.

Urutan ini menjelaskan mengapa pembersihan yang teratur dan sering lebih berhasil daripada pembersihan berat yang jarang: biofilm muda jauh lebih mudah dilepas daripada biofilm matang. Jadwal sanitasi yang disarankan pabrik, misalnya setiap beberapa minggu untuk mesin es dan dispenser air, disusun agar biofilm dibersihkan sebelum mencapai tahap matang. Memperpanjang jadwal itu karena hasil uji terakhir baik sama dengan membiarkan biofilm sampai ke tahap yang paling sulit dibersihkan.

Mengapa biofilm sulit dibasmi

Mikroorganisme di dalam biofilm sering memerlukan disinfektan berpuluh sampai beribu kali lebih banyak daripada mikroorganisme yang sama yang mengambang bebas (nilai literatur umum), karena:

1. Matriks menghalangi dan menghabiskan disinfektan. Klorin bereaksi dengan bahan matriks di lapisan luar sebelum sampai ke lapisan dalam, seperti kebutuhan klorin di bab disinfektan.
2. Sel di lapisan dalam tumbuh lambat, dan banyak disinfektan dan panas bekerja kurang baik pada sel yang tidak aktif.
3. Perlindungan fisik dari aliran, gesekan, dan pengeringan.
4. Komunitas: berbagai jenis saling melindungi, dan protozoa di dalam biofilm dapat menampung bakteri seperti Legionella.

Akibatnya, CT yang cukup untuk air di bab kinetika tidak cukup untuk dinding pipa yang berbiofilm. Pembersihan biofilm selalu menggabungkan pelepasan fisik dan kimia, bukan disinfektan saja.

Disinfektan sisa yang dijaga terus di jaringan, seperti klorin sisa di air kota, tidak membasmi biofilm yang sudah matang, tetapi memperlambat pertumbuhannya dan membunuh sel yang lepas ke air. Karena itu bagian jaringan yang kehilangan klorin sisanya, seperti setelah karbon aktif dan di kaki pipa buntu, memerlukan sanitasi berkala dan aliran yang teratur sebagai pengganti perlindungan itu.

Tempat biofilm di laundry, dapur, dan gedung

Biofilm tumbuh di tempat yang basah, berzat makanan, dan alirannya lambat:

Buku plumbing praktis dalam narasi mencatat bahwa di saluran yang sirkulasi udaranya buruk, jamur mendapatkan keadaan yang baik untuk tumbuh dan menghasilkan lendir, dan buku plumbing dan pemanas sentral mencatat upaya mengurangi penumpukan bakteri di dalam sistem pemanas air.

Biofilm, kerak, dan korosi

Biofilm, kerak, dan korosi saling memperkuat. Daftar periksa layanan restoran di Drive pemilik mencatat bahwa kerak air yang lembap dan berpori meningkatkan pertumbuhan bakteri, karena permukaan kasar kerak memberi tempat menempel dan perlindungan. Biofilm di atas logam membuat daerah di bawahnya kekurangan oksigen dan menghasilkan asam, sehingga terjadi korosi di bawah endapan yang dijelaskan di Kimia 209. Pada membran RO, biofilm dan endapan membentuk lapisan yang menurunkan aliran; narasi Teknik Air dan Lingkungan mencatat pembentukan lapisan endapan yang terikat kuat dan sulit dihilangkan pada penyaringan mikro. Karena itu pembersihan kerak dan pembersihan biofilm dirancang bersama, seperti pada pembersihan RO di Bab 8 · Air & Pengolahan Air.

Tanda dan cara memeriksa

Tanda yang dapat dilihat dan diraba:

1. Lapisan licin atau berlendir saat dinding selang, tangki, atau bak diraba dengan sarung tangan.
2. Bau apak, busuk, atau seperti tanah dari air atau mesin.
3. Perubahan warna: lapisan merah muda, hitam, cokelat, atau hijau di sudut basah.
4. Penurunan aliran atau kenaikan beda tekanan pada filter dan membran.

Tanda dari pengukuran:

1. Jumlah bakteri di sampel air yang naik kembali cepat setelah sanitasi (Contoh 5), seperti pada kasus pembuka.
2. Jumlah bakteri yang lebih tinggi di sampel pertama dari keran yang lama tidak dibuka dibanding sampel setelah dialirkan, yang menunjukkan sumber di dekat keran.
3. Nilai ATP yang tinggi pada usapan permukaan yang tampak bersih, seperti di bab uji permukaan rak ini.
4. Klorin sisa yang hilang di sepanjang jaringan, karena biofilm menghabiskannya.

Membersihkan biofilm

Pembersihan biofilm dilakukan berurutan:

1. Isolasi dan kuras: bagian yang dibersihkan diisolasi dari pemakai, dan airnya dikuras.
2. Lepas secara mekanis: sikat, spons, dan pembilasan dengan kecepatan tinggi melepas sebagian besar biofilm. Selang yang dalamnya tidak dapat disikat sering lebih baik diganti daripada dibersihkan berulang.
3. Lepaskan matriks dengan kimia: pembersih alkali atau pembersih berenzim melonggarkan matriks dan lemak. Bila ada kerak, pembersih asam dipakai sebagai tahap terpisah dengan pembilasan di antaranya, karena kerak melindungi biofilm.
4. Disinfeksi: disinfektan pengoksidasi pada kadar dan waktu kontak menurut prosedur peralatan, seperti di bab disinfektan.
5. Bilas sampai tidak ada sisa bahan kimia, terutama untuk air minum, es, dan permukaan pangan. SOP mesin es di rak Utilitas membuang es dari siklus awal setelah sanitasi untuk alasan yang sama.
6. Verifikasi: uji air atau uji usap setelah pembersihan dan beberapa hari kemudian, untuk melihat apakah angkanya bertahan.

Tahap kimia tidak pernah mencampur bahan yang tidak cocok dalam satu larutan, seperti klorin dengan pembersih asam.

Selama pembersihan, biofilm yang lepas mengalir ke saluran sebagai serpihan dan lendir. Air bilas pertama dibuang ke saluran, tidak dipakai untuk apa pun, dan pekerja memakai sarung tangan dan pelindung mata karena serpihan itu membawa mikroorganisme dan sisa bahan kimia. Saringan dan nosel di hilir diperiksa setelah pembersihan, karena serpihan biofilm yang lepas sering menyumbatnya.

Mencegah biofilm

Biofilm tidak dapat dicegah sepenuhnya, tetapi pertumbuhannya dapat dibatasi.

Desain:

1. Tanpa kaki pipa buntu: cabang yang tidak dipakai dipotong sampai pipa utama, bukan hanya ditutup di ujungnya.
2. Aliran: pipa tidak dibuat terlalu besar untuk debitnya, sehingga air tidak lambat.
3. Suhu: air panas dijaga cukup panas dan air dingin cukup dingin, menurut pedoman di Bab 13 · Bangunan & Fasilitas.
4. Permukaan dan bahan yang halus, mudah dibersihkan, dan dapat dikuras sampai kering.
5. Akses untuk membersihkan: tangki dengan lubang pemeriksaan, selang yang mudah dilepas.

Kebiasaan kerja:

1. Membilas berkala keran dan cabang yang jarang dipakai.
2. Mengeringkan peralatan yang tidak dipakai: mesin cuci piring dikuras dan dibiarkan terbuka setelah jam kerja, sesuai daftar periksa di Drive pemilik yang meminta tangki dikosongkan saat tutup.
3. Mengganti larutan dan air: panduan kerja dapur di Drive pemilik meminta air tangki mesin cuci diganti sekurang-kurangnya tiga kali sehari dan larutan sanitasi diganti setidaknya setiap 4 jam.
4. Sanitasi terjadwal sebelum biofilm matang, dengan catatan tanggal dan hasil uji.
5. Mengganti selang, filter, dan cartridge menurut jadwal pabrik, bukan menunggu bau.

Contoh kerja

Contoh 1. Volume kaki pipa buntu. Kaki pipa buntu sepanjang 2 m berdiameter dalam 16 mm berisi $\pi \times 0{,}008^2 \times 2 = 4{,}0 \times 10^{-4}$ m³, sekitar 0,40 L air yang tidak pernah berganti.

Contoh 2. Membilas keran yang jarang dipakai. Untuk mengganti tiga kali volume pipa 0,40 L dengan debit keran 6 L/menit diperlukan $3 \times 0{,}40/6 \times 60 = 12$ detik. Membilas sebelum dipakai jauh lebih murah daripada mengolah air yang tercemar.

Contoh 3. Kecepatan bilas. Untuk kecepatan sekitar 1,5 m/s (nilai literatur umum untuk pembilasan yang melepas endapan) di pipa berdiameter dalam 21 mm, debitnya $1{,}5 \times \pi \times 0{,}021^2/4 = 5{,}2 \times 10^{-4}$ m³/s, sekitar 31 L/menit, lebih besar daripada debit pemakaian biasa.

Contoh 4. Disinfektan yang diperlukan biofilm. Bila mikroorganisme bebas memerlukan CT 2 mg·menit/L dan yang di dalam biofilm memerlukan seratus kali lebih banyak (angka latihan), CT 200 dengan klorin 2 mg/L memerlukan 100 menit, jauh lebih lama daripada sanitasi singkat pada kasus pembuka.

Contoh 5. Pertumbuhan kembali. Setelah sanitasi, air berisi 10 CFU/mL. Bila bakteri yang lepas dari biofilm membuat jumlahnya berlipat setiap 12 jam (angka latihan), dalam 7 hari terjadi 14 kali pelipatan, sehingga jumlahnya sekitar $10 \times 2^{14} = 163.840$ CFU/mL.

Contoh 6. Luas permukaan selang. Selang berdiameter dalam 6 mm sepanjang 3 m mempunyai luas dinding dalam $\pi \times 0{,}006 \times 3 = 0{,}057$ m², yaitu sekitar 565 cm², untuk volume air hanya sekitar 85 mL. Untuk setiap mililiter air ada hampir 7 cm² dinding tempat biofilm tumbuh.

Contoh 7. Larutan pembersih untuk sistem kecil. Sistem air 20 L dibersihkan dengan pembersih alkali 1 persen dan disinfektan klorin 200 ppm dari pekatan 10 persen (angka latihan). Pembersih: $20 \times 0{,}01 = 0{,}2$ L. Klorin: $20.000 \times 200/100.000 = 40$ mL.

Contoh 8. Ember pel. Ember pel berisi air bekas dengan $10^4$ CFU/mL dibiarkan semalam dan dipakai lagi. Bila jumlahnya berlipat setiap 2 jam selama 12 jam (angka latihan), pagi harinya sekitar $10^4 \times 2^6 = 6{,}4 \times 10^5$ CFU/mL, dan air itu disebarkan ke lantai. Ember yang dikuras, dibilas, dan dibalik agar kering tidak memberi kesempatan itu.

Contoh 9. Air panas yang suam. Cabang air panas yang lama tidak dipakai mendingin dari 60 °C ke sekitar 35 °C dalam beberapa jam (angka latihan), masuk ke rentang suhu tumbuh bakteri air hangat yang dibahas di Bab 13 · Bangunan & Fasilitas. Membilas cabang itu sampai suhu air panas kembali tercapai sebelum dipakai mengurangi risikonya.

Biofilm pada air minum dan es

Air minum dan es memerlukan perhatian khusus karena langsung dikonsumsi. Air kota biasanya membawa klorin sisa yang menghambat biofilm, tetapi filter karbon aktif sebelum unit RO sengaja menghilangkan klorin agar membran tidak rusak, seperti di Bab 8 · Air & Pengolahan Air. Sejak titik itu, air tidak lagi terlindungi oleh klorin, sehingga tangki penampung air RO, selang ke dispenser, keran, dan bak mesin es menjadi tempat biofilm tumbuh bila tidak disanitasi menurut jadwal pabrik.

Beberapa kebiasaan membantu: tangki penampung tidak dibiarkan penuh tergenang berhari-hari, keran dispenser dibersihkan bagian luar dan mulutnya, selang diganti menurut jadwal, dan lampu UV di titik pakai, bila ada, dirawat seperti di bab disinfektan. SOP mesin es di rak Utilitas meminta filter baru dibilas sampai jernih sebelum disambungkan dan es dari siklus awal dibuang setelah pemasangan dan sanitasi. Saat mengambil sampel, sampel pertama dari keran dan sampel setelah keran dialirkan dibandingkan untuk membedakan biofilm di keran dari masalah di jaringan, seperti dijelaskan di bab mikroba air rak ini.

Siapa melakukan apa dan apa yang dicatat

Pengendalian biofilm melibatkan beberapa pihak. Teknisi merawat peralatan, mengganti selang dan filter, dan membersihkan jalur air menurut prosedur. Operator dapur dan laundry menjalankan kebiasaan harian: mengosongkan, membilas, mengeringkan, dan mengganti larutan. Tim mutu atau pengendalian infeksi menetapkan jadwal uji dan batas, dan memutuskan pemakaian kembali setelah hasil buruk.

Catatan setiap pembersihan memuat tanggal, bagian yang dibersihkan, cara mekanis yang dipakai, bahan kimia dan kadarnya, waktu kontak, pembilasan, dan hasil uji sesudahnya. Catatan seperti itu membuat pola terlihat, misalnya jumlah bakteri yang selalu naik sepuluh hari setelah sanitasi, yang menunjukkan bahwa jadwal sanitasi perlu dipercepat atau ada sumber biofilm yang belum ditemukan.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan atau pemakaian dan laporkan bila:

1. Air minum, es, atau air untuk pangan menunjukkan hasil uji bakteri di luar batas, atau berbau dan berlendir; jangan dipakai sampai sumbernya dibersihkan dan diuji ulang.
2. Pembersihan memerlukan bahan kimia yang tidak cocok dicampur, atau bahan kimia tanpa lembar data dan APD.
3. Sistem akan dikembalikan ke pemakai sebelum dibilas dan sisa bahan kimia diperiksa.
4. Kaki pipa buntu atau perubahan pipa diperlukan, tetapi di luar kewenangan teknisi; serahkan kepada perencana plumbing seperti di rak Bangunan.
5. Pembersihan menyemprotkan air bertekanan di tempat tercemar sehingga membentuk aerosol, misalnya di menara pendingin, tanpa pelindung napas.
6. Tangki atau bak yang dalam harus dimasuki; itu dapat termasuk ruang terbatas.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Hasil uji baik setelah sanitasi berarti masalahnya selesai." Biofilm yang tertinggal membuat angkanya naik lagi dalam beberapa hari.

"Klorin di air kota mencegah biofilm." Setelah karbon aktif dan RO, klorin sisa hilang, dan di kaki pipa buntu klorin cepat habis.

"Biofilm hanya ada di pipa kotor." Biofilm tumbuh juga di pipa air bersih yang alirannya lambat.

"Disinfektan kuat cukup tanpa menyikat." Matriks menghalangi disinfektan; pelepasan mekanis tetap diperlukan.

"Pipa yang lebih besar lebih aman." Pipa yang terlalu besar membuat aliran lambat dan memberi tempat biofilm.

"Selang yang licin di dalam itu normal." Lapisan licin adalah biofilm.

Hubungan dengan bab lain

Bab 8 · Air & Pengolahan Air membahas sanitasi RO, Bab 13 · Bangunan & Fasilitas dan Bab 14 · Bangunan & Fasilitas air panas, Legionella, dan disinfeksi pipa baru, bab refrigerasi dan mesin es dan bab air pendingin rak Utilitas, bab disinfektan dan bab kinetika, dan Kimia 209 korosi di bawah endapan.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, hitungan, atau alasannya.

1. Kaki pipa buntu 1,5 m berdiameter dalam 20 mm. Berapa volume airnya?
2. Berapa detik untuk membilas tiga kali volume soal 1 dengan debit 9 L/menit?
3. Air berisi 5 CFU/mL setelah sanitasi dan berlipat setiap 8 jam. Berapa jumlahnya setelah 4 hari?
4. Mengapa sanitasi singkat pada kasus pembuka hanya memberi hasil sementara?
5. Mengapa kaki pipa buntu dipotong sampai pipa utama, bukan hanya ditutup?
6. Mengapa pembersih kerak dipakai sebagai tahap terpisah dari disinfektan klorin?

Kunci jawaban beralasan

1. $\pi \times 0{,}01^2 \times 1{,}5 = 4{,}7 \times 10^{-4}$ m³, sekitar 0,47 L air yang tergenang di cabang itu.
2. $3 \times 0{,}47/9 \times 60 = 9{,}4$ detik, sekitar sepuluh detik pembilasan sebelum dipakai.
3. Empat hari berisi 12 kali pelipatan, sehingga $5 \times 2^{12} = 20.480$ CFU/mL bila sumbernya tetap ada.
4. Sanitasi membunuh bakteri bebas dan lapisan luar, tetapi matriks biofilm melindungi bakteri di dalamnya yang kemudian tumbuh lagi.
5. Ujung yang ditutup tetap berisi air tergenang yang menjadi tempat biofilm dan sumber pelepasan ke pipa utama.
6. Asam dan klorin yang bercampur melepaskan gas klorin yang beracun, dan kerak harus dilepas dulu agar disinfektan sampai.

Referensi