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 tentang prapengolahan, pembersihan, sanitasi, dan pengawetan membran RO; pengendalian Legionella air panas di Bab 13 · Bangunan & Fasilitas tentang air panas gedung; disinfeksi pipa baru di Bab 14 · Bangunan & Fasilitas tentang pengujian dan komisioning instalasi plumbing; sanitasi mesin es di Bab 9 · Utilitas tentang refrigerasi komersial dan mesin es; dan menara pendingin di Bab 10 · Utilitas tentang air pendingin dan menara pendingin. Disinfektan dan kinetikanya ada di Bab 4 tentang disinfektan dan cara kerjanya dan Bab 3 tentang kinetika kematian mikroba.

Angka di bab ini adalah nilai umum dari literatur atau angka contoh untuk berhitung; prosedur pembersihan peralatan mengikuti petunjuk pabriknya.

Apa itu biofilm dan bagaimana ia terbentuk

Biofilm (biofilm) adalah lapisan yang terbentuk ketika bakteri melekat pada permukaan padat dan membungkus dirinya dengan polisakarida yang lengket. Lapisan lengket itu, yang disebut matriks (matrix), 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.

Biofilm terbentuk dalam beberapa tahap:

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, 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 4 tentang disinfektan dan cara kerjanya.
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 3 tentang kinetika kematian mikroba tidak cukup untuk dinding pipa yang berbiofilm (Contoh 2). 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: laundry, dapur, gedung, air minum, dan es

Biofilm tumbuh di tempat yang basah, berzat makanan, dan alirannya lambat. Kaki pipa buntu (dead leg) adalah cabang pipa yang airnya tidak mengalir, misalnya pipa bekas keran yang sudah dicabut pada kasus pembuka.

Di saluran yang sirkulasi udaranya buruk, jamur mendapatkan keadaan yang baik untuk tumbuh dan menghasilkan lendir, dan di dalam sistem pemanas air pun penumpukan bakteri perlu dikurangi.

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 tentang membran RO. 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 4 tentang disinfektan. SOP mesin es yang dibahas di Bab 9 · Utilitas tentang refrigerasi komersial dan mesin es 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 6 tentang mikroba air dan pengujiannya.

Biofilm, kerak, dan korosi

Biofilm, kerak, dan korosi saling memperkuat. 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 Bab 19 · Kimia tentang korosi elektrokimia dan proteksinya. Pada membran RO, biofilm dan endapan membentuk lapisan yang menurunkan aliran, dan pada penyaringan mikro pun terbentuk lapisan endapan yang terikat kuat dan sulit dihilangkan. 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 3), 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 8 tentang pengambilan sampel permukaan dan uji cepat.
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 4 tentang disinfektan dan cara kerjanya.
5. Bilas sampai tidak ada sisa bahan kimia, terutama untuk air minum, es, dan permukaan pangan. SOP mesin es di Bab 9 · 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 tentang air panas gedung dan pengendalian Legionella.
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 satu daftar periksa restoran yang meminta tangki dikosongkan saat tutup.
3. Mengganti larutan dan air: satu panduan kerja dapur 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.

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.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: kecepatan bilas. Untuk kecepatan sekitar 1,5 m/s, nilai umum dari literatur 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 2: disinfektan yang diperlukan biofilm. Bila mikroorganisme bebas memerlukan CT 2 mg·menit/L dan yang di dalam biofilm memerlukan seratus kali lebih banyak, CT 200 dengan klorin 2 mg/L memerlukan 100 menit, jauh lebih lama daripada sanitasi singkat pada kasus pembuka.

Contoh 3: pertumbuhan kembali. Setelah sanitasi, air berisi 10 CFU/mL. Bila bakteri yang lepas dari biofilm membuat jumlahnya berlipat setiap 12 jam, dalam 7 hari terjadi 14 kali pelipatan, sehingga jumlahnya sekitar $10 \times 2^{14} = 163.840$ CFU/mL.

Contoh 4: larutan pembersih untuk sistem kecil. Sistem air 20 L dibersihkan dengan pembersih alkali 1 persen dan disinfektan klorin 200 ppm dari pekatan 10 persen. Pembersih: $20 \times 0{,}01 = 0{,}2$ L. Klorin: $20.000 \times 200/100.000 = 40$ mL.

Contoh 5: 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, 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 6: air panas yang suam. Cabang air panas yang lama tidak dipakai mendingin dari 60 °C ke sekitar 35 °C dalam beberapa jam, masuk ke rentang suhu tumbuh bakteri air hangat yang dibahas di Bab 13 · Bangunan & Fasilitas tentang air panas gedung. Membilas cabang itu sampai suhu air panas kembali tercapai sebelum dipakai mengurangi risikonya.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan atau pemakaian dan laporkan kepada pengawas dan tim mutu atau pengendalian infeksi, yang memutuskan pemakaian kembali, 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

Hubungan dengan bab lain

Bab 8 · Air & Pengolahan Air tentang prapengolahan, pembersihan, sanitasi, dan pengawetan membran RO membahas sanitasi RO. Bab 13 · Bangunan & Fasilitas tentang air panas gedung membahas Legionella, dan Bab 14 · Bangunan & Fasilitas tentang pengujian dan komisioning instalasi plumbing membahas disinfeksi pipa baru. Mesin es ada di Bab 9 · Utilitas tentang refrigerasi komersial dan mesin es, dan menara pendingin di Bab 10 · Utilitas tentang air pendingin dan menara pendingin. Disinfektan dan CT ada di Bab 4 tentang disinfektan dan cara kerjanya dan Bab 3 tentang kinetika kematian mikroba, sedangkan korosi di bawah endapan ada di Bab 19 · Kimia tentang korosi elektrokimia dan proteksinya. Pemeriksaan biofilm memakai cara pengambilan sampel air di Bab 6 tentang mikroba air dan pengujiannya dan uji permukaan di Bab 8 tentang pengambilan sampel permukaan dan uji cepat. Tangki dan bak yang dalam dapat termasuk ruang terbatas, yang dibahas di Bab 11 · Keselamatan tentang ruang terbatas.

Latihan dan pembahasan

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