METODI DI PREVENZIONE E CONTROLLO

Convegno ECM

“LINEE GUIDA LEGIONELLOSI”

Roma, 10-11 NOVEMBRE 2016

Enrico Veschetti

Istituto Superiore di Sanità. Dipartimento Ambiente e connessa prevenzione primaria

Condizioni che favoriscono la proliferazione di Legionella

nelle reti idriche di distribuzione di acqua calda

< 20°C stato di quiescenza

20 - 45°C proliferazione

> 45 - 60°C inattivazione lenta

> 60°C inattivazione rapida

Ambiente aerobico

Presenza di sedimenti, fanghi, scorie e materiali organici

(fattori nutritivi)

Formazione di biofilm

Strategie di prevenzione

Corretta progettazione degli impianti

• Completa separazione tubazioni acqua calda-fredda; • Doppia regolazione della temperatura al boiler • Ispezionabilità degli impianti • Assenza di tratti ciechi / ristagni d’acqua

Verifiche del sistema

• Periodiche visite ispettive • Ricerca di zone stagnanti / intersezioni tra reti idriche • Controllo della temperatura in punti rappresentativi

Interventi sul sistema

• Regolari interventi di manutenzione dell’impianto • Pulizia periodica della rete (rimozione di biofilm, trattamenti anti-corrosivi)

Sinossi delle strategie di controllo

• Disincrostazione e rimozione del biofilm • Prevenzione della corrosione • Rimozione di rami morti e terminali ciechi

Meccaniche

• Filtrazione • Autoflussaggio • Trattamenti termici • Irraggiamento UV

Fisiche

• Clorazione • Disinfezione con ClO2 • Ionizzazione • Impiego di altri disinfettanti

Chimiche

Trattamenti fisici: filtrazione al punto d’uso

Procedura:

Impiegata nei terminali dei reparti più a rischio (pazienti immunocompromessi)

Sostituiti o rigenerati periodicamente

Pro:

Montaggio rapido

Assenza di biocidi

Contro:

Trattamento locale

Tempo di vita breve (30 gg)

Costoso

Possibile retrocontaminazione della tubazione

Membrana con pori da 0,2 µm

Filtrazione al punto d’uso

Filtri PoU: siti di applicazione

Ospedale

Terapia intensiva

Parto in acqua

Cell factory

Dialisi

Trattamenti fisici: trattamenti termici

Principio:

Legionella è attiva a 20-50°C (intervallo ottimale di crescita: 35-46°C)

Per temperature ≥ 50°C il tasso di sopravvivenza di Legionella decresce

Trattamenti fisici: trattamenti termici

0

30

60

90

120

40 50 60 70 80T

ime

(m

in)

Temperature (°C)

90% killing

100% killing

Morte istantanea

90% inattivazione in 2 min

90% inattivazione in 2 hr

Crescita di Legionella

Stato di quiescienza

Trattamenti termici

Shock termico o surriscaldamento periodico:

Incremento della temperatura del boiler a 70-80°C per un periodo di 3 gg

Ciascun rubinetto viene aperto in sequenza per almeno 5 min

La temperatura dell’acqua nei punti distali deve

essere ≥60°C

Disinfezione termica (notturna) a 55-60°C :

Viene interdetta la miscelazione con acqua fredda all’uscita del boiler

La temperatura dell’acqua circolante sale da 42-

44°C a 60°C per almeno 30 min durante la notte.

Ciascun rubinetto deve raggiungere la temperatura

di 50-55°C entro 1 min dalla sua apertura.

Trattamenti termici: criticità

Il biofilm e il calcare tendono

a ridurre la temperatura in

prossimità delle pareti

(isolamento termico)

Trattamenti termici: criticità

Sistema di distribuzione ACS ospedaliero

Centrale termica

Risacaldamento dell’acqua

e sua disinfezione

Distribuzione orizzontale

ai piani

Distribuzione verticale

Ricircolo

acqua calda

Mandata

acqua calda

Le zone stagnanti (terminali ciechi,

rami morti, utenze non utilizzate)

non vengono trattate

Trattamenti termici: pericolo scottature

Temperatura °C

Tempo di esposizione (s)

Adulti Bambini (≤ 5 anni)

50 300 150

55 30 10

60 5 1

65 2 0.5

70 1 -

Disinfezione termica

a 55-60°C

Shock termico

Temperatura raccomandata (°C)

Bidet 38

Lavandino 41

Doccia 41

Bagno 44

Trattamenti termici

Shock termico

Disinfezione termica

Pro:

Relativamente semplice da controllare e monitorare

Nessun impiego di reagenti chimici

Contro:

Non eradica la colonizzazione

Rischio di scottature

Causano incrostazioni e corrosioni (dezincatura dell’acciaio zincato)

Difficile da implementare negli impianti

datati

Trattamenti fisici: irraggiamento UV

Principio:

Inattiva io batteri dimerizzando la timina nel DNA (inibizione della replicazione)

DIMER

Riparazione enzimetica dei danni UV

Enzyme, e.g. photolyase

Enzyme

DIMER

DNA string

Irragiamento UV irradiation: lampade

L’acqua fluisce all’interno di una camera contenente lampade UV

Tipologia di lampade

Pressione Potenza KW λ (nm)

Bassa

Bassa 0,04-0,10

254 Alta 0,16-0,28

Media

Bassa 1,0-4,0

200-400 Alta 0,4-8,0

Spettri di assorbimento UV

Spettro emissione lampada media pressione

Emissione lampada

bassa pressione

Effetto biocida dell’irragiamento UV

Lampade a

BASSA pressione

Lampade a

MEDIA pressione

Lo

g N

Lo

g N

Dosaggio dell’ UV

La dose erogata può essere incrementata:

• Aumentando l’intensità delle lampade

• Riducendo il flusso dell’acqua

timeResidence IntensityDose

Irragiamento UV

Pro:

Relativamente facile da installare

Nessun effetto sul sapore e la potabilità

Nessun danno alle tubazioni

Nessun effetto avverso in caso di sovradosaggio

Contro:

Trattamento locale

Nessun effetto residuo (necessario shock termico o clorazione a monte)

L’efficacia è ridotta dalla torbidità (necessaria una prefiltrazione)

Trattamenti chimici: clorazione

Principio:

L’acqua viene disinfettata con cloro impiegando uno dei seguenti reagenti: cloro gas, ipoclorito di sodio o ipoclorito di calcio granulare

Reagenti:

Cl2 + H2O HOCl +

NaOCl HOCl + Na+ + OH-

H+ + Cl-

HOCl H+ + ClO-

+ H2O

Meccanimo di inattivazione di

Legionella:

HClO penetra attraverso la membrana

cellulare

HClO reagisce con il sistema enzimatico

(inibisce l’ossidazione del glucosio)

Effetto biocida:

HClO > Cl2 >> ClO-

La concentyrazione reale di HClO dipende dal

pH dell’acqua (85 % a pH 6,5; <2% a pH 9,5)

Clorazione

Cloro richiesta

Alcune specie (metalli, colfuri, bromuri, ecc.) riducono il cloro

Clorazione

Iperclorazione shock:

Aggiunta singola di cloro all’acqua fredda di reintegro in modo da ottenere 20-50

mg/L di cloro residuo libero nei punti distali.

Al termine del tempo di contatto (rispettivamente 2-1 hrs) l’acqua viene drenata.

L’impianto viene lavato con acqua fresca fino ad ottenere una concentrazione di

cloro residuo pari a 0,5-1,0 mg/L.

Clorazione continua:

Aggiunta continua di cloro fino ad ottenere la concentrazione di 1-2 mg/L di cloro

libero nei punti distali.

Clorazione

Pro:

Facile da implementare e monitorare

Relativamente economica

Temperature prossime a 45°C incrementano la sua efficacia

Effetto residuo

Contro:

Causa corrosione dopo 5-6 anni di impiego

Si decompone a temperature elevate (>60°C)

Produce by-products

Rischio chimico

Trattamenti chimici: disinfezione con biossido di cloro

Principio:

L’acqua viene disinfettata con biossido di cloro aggiungendo in continuo all’acqua calda il reagente prodotto da un generatore installato in sito.

E’ necessaria una concentrazione residua di 0,5-0,8 mg/L di biossido di cloro per controllare Legionella.

Meccanismo di inattivazione di Legionella:

Interferisce con l’apporto di maltosio

Ossida le molecole biologiche

Dal clorato impiegando un agente riducengte a pH acido:

2 NaClO3 + 4 HCl 2 ClO2 + 2 NaCl + 2 H2O+ Cl2

2 NaClO3 + H2SO4 2 ClO2 + 2 NaHSO4+ SO2

Altri possibili riducenti:

Metanolo, H2O2

Generazione di biossido di cloro

con acido cloridrico

con anidride solforosa

Dal clorito:

5 NaClO2 + 4 HCl 4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O

2 NaClO2 + 2 HCl 2 ClO2 + 3 NaCl + H2ONaOCl +

2 NaClO2 + Cl2 2 ClO2 + 2 NaCl

2 NaClO2 + 2 H2O 2 ClO2 + 2 H2O + H2

con cloro

con ipoclorito

con acido cloridrico

per elettrolisi

Biossido di cloro stabilizzato:

Nome commerciale del clorito stabilizzato con H2O2 a pH alcalino (con HCO3- o HPO4

2-).

Immediatamente prima dell’uso, si aggiunge un acido (es., acido citrico). Dopo alcuni minuti la

soluzione viene diluita con acqua

Generazione di biossido di cloro

Generazione in situ del biossido di cloro con sodio clorito e acido cloridrico

Water

heater

Flowmeter Mixer

ClO2

generator

Analyzer Analyzer Controller

Telecontrol

Pump

Hot-water delivery

Hot-water recirculation

Cold-water makeup

Steam

heating

Generazione in situ del biossido di cloro con sodio clorito e acido cloridrico

Reazioni secondarie:

4 ClO2- + 4 H+ 2 Cl2 + 3 O2 + 2 H2O

5 ClO2- + 2 H+ 3 ClO3

- + Cl2 + H2O

4 HClO2 2 ClO2 + HCl + H2OHClO3 +

By-products:

ipoclorito e clorato

clorito(dopo diluizione a pH neutro)

Generazione in situ del biossido di cloro con sodio clorito e acido cloridrico

Effetto del pH sull’attività del biossido di cloro

chlorine bromine

chlorine dioxide

Il biossido di cloro mostra attività battericida anche a pH elevati

Disinfezione con biossido di cloro

Pro:

L’acqua calda incrementa la sua efficacia

Insensibile al pH

Effetto residuo

Scarsa produzione di TOX e inerte con l’ammoniaca

Meno aggressivo del cloro nei confronti di rame e acciaio

Contro:

Costoso

Necessaria una continua manutenzione del generatore e degli analizzatori

Causa corrosione ad elevati dosaggi

Produce by-products (rischio di superamento del valore guida WHO di 0,7 mg/L per clorito e clorato)

Rischio chimico

Degradato dall’ UV

Trattamenti chimici: ionizzazione

Principio:

L’acqua viene disinfettata con Cu+, Cu2+ e Ag+ rilasciati in continuo per elettrolisi da elettrodi immersi nell’acqua corrente.

Dosaggio consigliato: 200-400 µg/L Cu, 20-40 µg/L Ag.

Meccanismo di inattivazione di Legionella:

Gli ioni rame e argento sono agenti battericidi ben noti. Agiscono sulla

parete cellulare alterandone la sua permeabilità

Denaturano le proteine e si legano al DNA

Interferiscono con il trasporto di elettroni

Generazione in sito di ioni rame e argento

Ionizzazione

Pro:

Semplice da implementare

Relativamente economica

Può operare a temperature più basse riducendo il pericolo di scottature

Effetto residuo

Contro:

Richiede tempo prime di risultare efficace (12-18 mesi)

E’ richiesto l’addolcimento dell’acqua

Difficile il controllo del livello di argento (non può essere misurato in situ, nessun controllo a feedback)

La durezza causa la precipitazione di calcare sulla superficie degli elettrodi

pH>7,6 interferisce con l’efficacia (precipitazione di Ag+)

Causa la corrosione di tubature in acciaio dolce

Non appropriato per l’acciaio zincato in quanto lo zinco riduce gli ioni argento

Sviluppo di resistenza ai bassi dosaggi

Altre potenziali alternative

Monoclorammina <3 mg/L richiede un maggior tempo di contatto ma è molto persistente

può essere più efficace del cloro, soprattutto a pH più elevati

richiede ulteriori verifiche

Perossido di idrogeno 10 mg/L e ioni argento 10 µg/L al momento parziali conferme sperimentali

Legionella ancora rivelabile a > 100 mg/l

Ozonizzazione a 1-2 mg/L lavora bene anche a temperature basse e pH elevati

ha un tempo di emivita molto breve (nessun effetto residuo)

può danneggiare le tubazioni

è pericoloso per la salute umana

Acido peracetico 50 – 1000 mg/L per 30 min

Alcuni sottoprodotti di disinfezione (DBPs)

Disinfettante DBPs

cloro gas trialometani e alorganici

ipoclorito trialometani e alorganici

bromati

clorati

biossido di cloro clorito

clorato

ozono epossidi organici

bromati

monoclorammina nitrito e alorganici

N-nitrosodimetilammina

cloruro di cianogeno

Conclusioni

Regolare manutenzione degli impianti

Misure di controllo a barriere multiple

Formazione

Corretta progettazione

degli impianti e dei successivi interventi di ampliamento