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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