Эффективность ионизации меди и серебра в отношении синегнойной палочки

Введение

Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) — один из наиболее опасных и устойчивых патогенов в среде плавательных бассейнов.

Этот грамотрицательный микроорганизм способен вызывать фолликулит ("лихорадку бассейна"), ушные инфекции (отит), а у иммунокомпрометированных лиц — и более тяжёлые инфекции, включая пневмонию.  

Особую тревогу вызывает его высокая устойчивость к хлору, способность образовывать биоплёнки в трубопроводах и фильтрах, а также быстрое размножение при температуре 30–40 °C, характерной для гидромассажных ванн и детских бассейнов.

В этом контексте ионизация ионами меди (Cu²⁺) и серебра (Ag⁺) рассматривается как перспективный метод контроля P. aeruginosa. В данной статье представлены данные по эффективности - глубине и кинетике обеззараживания, механизмам действия, результатам научных исследований и нормативным требованиям.

Почему Pseudomonas aeruginosa — особая угроза в бассейнах?

Главная проблема - устойчивость к хлору и неэффективность рабочих концентраций свободного хлора в диапазоне 0,3-0,6 мг/л.

Показатель CT (концентрация*время)  для 3-log(99,9%) инактивации: 30–45 мг·мин/л (при pH 7.5, 25 °C) — в 3–4 раза выше, чем для кишечной палочки E. coli

Причина высокой хлорустойчивочти образование биоплёнок, защищающей  клетки колонии от дезинфектантов.

Температурный диапазон роста 4–42 °C (оптимум: 30–37 °C)

Источники загрязнения: в основном пользователи, ошибки подключения к канализации 

P. aeruginosa— один из самых частых возбудителей вспышек заболеваний в плавательных бассейнах (по данным CDC, США).

Механизм действия ионов меди и серебра на P. aeruginosa

Синергия Cu + Ag:  
Комбинированное действие значительно усиливает эффективность — серебро повреждает мембрану, облегчая проникновение меди.

Результаты ключевых исследований

Bloomfield & Arthur, 1993 (J. Hosp. Infect.)  

• Условия: вода с жёсткостью 200 мг/л CaCO₃, pH 7.2, 25 °C  
• Концентрации: 0.4 мг/л Cu²⁺ + 0.04 мг/л Ag⁺  
• Результат: 4-log редукция (99.99%) P. aeruginosa за 4 часа  
• Контроль (хлор 0.4 мг/л): только 2-log за то же время

Rice et al., 1985 (US EPA)

При 0.5 мг/л Cu + 0.05 мг/л Ag:  

• 3-log инактивация (99,9%) за 2 часа  
• Полное уничтожение — за 6 часов  
• При наличии органики эффективность снижалась на 30–50%

Liau et al., 1997 (Lett. Appl. Microbiol.)

• Серебро (0.1 мг/л) само по себе: 3-log(99,9%) за 4 часа  
• В комбинации с медью: 5-log(99,999) за 3 часа.
• Подавление биоплёнки: до 90% при длительном воздействии

Huang, H.-I., et al., In vitro efficacy of copper and silver ions in eradicating Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia and Acinetobacter baumannii: Implications for.... Water Res. (2007)

• Проведено экспериментальное in vitro исследование по уничтожению P. aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia и Acinetobacter baumannii с использованием различных концентраций ионов меди (0.1-0.8 мг/л) и серебра (0.01-0.08 мг/л).
• Медные ионы достигали редукции P. aeruginosa более чем на 99.999% за 1.5 часа при всех протестированных концентрациях.
• Серебро при концентрации 0.08 мг/л давало аналогичную редукцию за 12 часов, при 0.04 мг/л – за 72 часа.
• Комбинация ионов меди и серебра (0.2/0.02 и 0.4/0.04 мг/л) демонстрировала синергетический эффект для Pseudomonas aeruginosa, увеличивая скорость инактивации.
• Для практического применения концентрации меди 0.2-0.4 мг/л и серебра 0.02-0.04 мг/л рекомендуются для систем дезинфекции питьевой воды, в том числе в больничных водопроводах.

Практическая эффективность ионизации (глубина обеззараживания) в воде бассейна:

При стабильных концентрациях:

• Cu²⁺: 0.3–0.4 мг/л
• Ag⁺: 0.02–0.05 мг/л
• Достигается 3–4-log редукция P. aeruginosa в течение 2–6 часов.
• При циркуляции 18–24 ч/сутки —постоянное подавление роста.

Важно: ионизация «не мгновенна», но обеспечивает устойчивое бактериостатическое действие, особенно в труднодоступных зонах (трубопроводная система, оборудование, фильтры).

Факторы, влияющие на эффективность обеззараживания

Температура: при +30 °C скорость выше в 2 раза, чем при +20 °C

pH: оптимально 6.8–7.4. При pH > 7.8 медь начинает терять растворимость, выпадая в виде осадка.

Жёсткость и щелочность: >300 мг/л CaCO₃→ риск осаждения ионов карбонатом кальция

Органические загрязнения: cвязывают ионы в коагулированные соединения → тем самым снижается биодоступность.

Биоплёнки: замедляют проникновение ионов, требуют длительного контакта.

Нормативы и стандарты

В нашей стране синегнойная палочка в список показательных индикаторных микроорганизмов, по отношению к которым проводятся исследования на эффективность и безопасность дезинфицирующих средств, не входит:

Р 4.2.3676-20. 4.2. Биологические и микробиологические факторы. Методы лабораторных исследований и испытаний дезинфекционных средств для оценки их эффективности и безопасности. Руководство" (утв. Роспотребнадзором 18.12.2020):

3.7.2.2. В качестве тест-микроорганизмов при изучении средств обеззараживания воды плавательных бассейнов используют культуры:
- Escherichia coli (штамм ATCC M17-02),
- Staphylococcus aureus (штамм ATCC 6538-P);
- РНК-содержащий колифаг MS2.

Но отмечается требование по отсутствию этого патогена в воде бассейна:

СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания":

Санитарно-микробиологические и паразитологические показатели безопасности воды плавательных бассейнов и аквапарков

Порядок действия при обнаружении синегнойной палочки в воде бассейна

СП 2.1.3678-20 "Санитарно-эпидемиологические требования к эксплуатации помещений, зданий, сооружений, оборудования и транспорта, а также условиям деятельности хозяйствующих субъектов, осуществляющих продажу товаров, выполнение работ или оказание услуг":

6.2.30. Обнаружение в пробах воды возбудителей кишечных инфекционных и (или)
паразитарных заболеваний, и (или) синегнойной палочки является основанием для полной смены воды в ванне с проведением механической, химической очистки и дезинфекционной обработки вне зависимости от вида бассейна и системы водообмена.

Единственное решение* – полная замена воды.

*Надо отметить, что каких-либо конкретных процедур, применяемых способов и реагентов  по удалению синегнойной палочки в воде бассейна (в том числе ударного хлорирования) в указанных документах не приводится. 

Преимущества и ограничения ионизации против P. aeruginosa

Преимущества:

• В разрешенных концентрациях эффективнее хлорирования.
• Эффективно против биоплёнок — ключевое преимущество перед хлором
• Длительное остаточное действие
• Устойчиво к УФ и высокому pH

Ограничения:

• Сравнительно медленная кинетика — рекомендуется комбинация с другими системами «быстрого» обеззараживаня – УФ, озонирование
• Риск осаждения при высокой жёсткости
• Требует стабильного pH и контроля щелочности

Рекомендации по применению в бассейнах с угрозой заражения синегнойной палочкой

1. Использовать ионизацию только в комбинированной системе:

• Озон или УФ — для быстрого обеззараживания
• Ионы Cu/Ag — для подавления биоплёнок и роста P. Aeruginosa

   
2. Поддерживать концентрации:

• Медь: минимум 0.3–0.4 мг/л
• Серебро: 0.02–0.05 мг/л

3. Контролировать параметры:

• pH: 7.0–7.4
• Щелочность: 80–120 мг/л CaCO₃
• Жёсткость: <300 мг/л

4. Регулярно чистить электроды и корректировать концентрацию ионов Cu и Ag.

Заключение

Литература и источники