La ciencia detrás de BIOPELÍCULAS y su impacto en las torres de refrigeración

En 2017, un corredor vestido como un camello completó el Maratón de Londres. Correr 26.2 millas es un gran logro en sí mismo; haciéndolo mientras lleva puesto un traje muy aislante hace que sea mucho más difícil. El traje atrapado el calor, lo que hace que sea más difícil para el corredor se enfríe. Este mismo principio se aplica a los sistemas de enfriamiento de agua revestidas de biofilm. La buena noticia es que los gerentes de mantenimiento a cargo de estos sistemas tienen el poder de tomar el control de la situación.

Biofilm en el enfriamiento del sistema de tuberías no sólo representa un peligro potencial para la salud sino que también reduce drásticamente la eficiencia energética.

¿QUÉ SON BIOPELÍCULAS?

Muchos tipos diferentes de bacterias planctónicas (de libre flotación) pueden encontrarse dispersos por todo el agua en un sistema de refrigeración por agua. Estos se unen para formar un agregado sésiles, que se adhiere al interior de las tuberías del sistema. Estas bacterias unidas a continuación producen una matriz de sustancia polimérica extracelular (EPS), a menudo referida como limo, que cubre completamente.

Esta matriz es una colección de ADN, proteínas y polisacáridos que forman una carcasa de protección alrededor de las bacterias, la creación de un espacio seguro y la prevención de tratamiento biocida de alcanzar las bacterias. De hecho, las bacterias en un biofilm son de 10 a 1.000 veces más resistentes al tratamiento que en su planctónicas, de libre flotación form.1

Hay tres etapas de desarrollo del biofilm:

  1. adjuntos: Una biopelícula comienza cuando unas pocas bacterias pioneras utilizan ganchos químicos especializados para adherirse a una superficie. Esto puede ocurrir en respuesta a muchos factores, que van desde los sitios de unión presentes en la superficie de la tubería, señales nutricionales o concentraciones sub-inhibidor de factores de estrés tales como biocidas.


Se cree que los primeros colonizadores de un biofilm adhieren a la superficie inicialmente a través de fuerzas de Waals débiles de Van der y efectos hidrófobos. Curiosamente, el número de bacterias planctónicas en el agua no se correlaciona bien con la formación o la presencia de biofilm.


  1. Crecimiento: Las biopelículas se desarrollan lentamente al principio, porque sólo unos pocos organismos pueden adjuntar, sobrevivir, crecer y multiplicarse. Sin embargo, después de esta colonización inicial, las poblaciones aumentan exponencialmente a medida que las bacterias se multiplican, aumentando el espesor de la biopelícula rápidamente. Además, otras bacterias y residuos no viviente en el agua se adhieren a la matriz de la biopelícula pegajosa para unirse a la colonia y avanzar en la biopelícula. Esto significa que el biofilm incluye a menudo muchas especies bacterianas diferentes, que contribuyen a la matriz de limo complejo.


  1. Dispersión: La dispersión de bacterias de la colonia biofilm es una etapa esencial del ciclo de vida de biopelícula, lo que permite su propagación a otras partes de un sistema de refrigeración por agua. Esto ocurre cuando las bacterias dentro del biofilm secretan espontáneamente enzimas, tales como Dispersando B y desoxirribonucleasa, para salir de la matriz de limo y de nuevo en el agua.


Esto revierte algunas de las bacterias a su estado de plancton que flota libremente y por lo tanto libre para iniciar una nueva colonia de la biopelícula en otra parte del sistema. Los investigadores han tratado de aprovechar el poder de señalización y químico utilizado en esta etapa, ya que esto podría ser la clave para romper la matriz del biofilm.



RESISTENCIA

Una vez que un biofilm ha avanzado, se forma una estructura compleja en la que diferentes bacterias ocupan diferentes entornos. Este enfoque sofisticado significa bacterias hacia el exterior de la comunidad tienen una estructura muy diferentes de las de profundidad dentro de la matriz. Es esta diversidad la que se suma a la terquedad, como el tratamiento tendrá que dirigirse a muchos fisiologías diferentes.

Un biocida puede ser eficaz contra una cepa bacteriana, mientras que las otras cepas pueden permanecer no afectado. Sin romper esta capa de protección completa, las bacterias seguirán protegidos y libres para multiplicarse. Además, las bacterias contenidas dentro de la matriz utilizan la percepción de quórum, lo que significa que están experimentando constantemente divergencia genética. Esto le da a los biofilms recuperación fenomenal y la capacidad de rebrote después de un golpe de población, a menudo causada por los intentos de tratamiento.

RIESGOS PARA LA SALUD

Los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos dice que el 80 por ciento de las infecciones crónicas están relacionadas con la biopelícula. Esta investigación se centró especialmente en las biopelículas en el interior del cuerpo, pero las biopelículas también puede ocurrir en muchos otros lugares, incluyendo torres de refrigeración industriales. Están asociados con la propagación de la bacteria de la legionela, que puede causar la enfermedad de Pontiac, o peor, la enfermedad del legionario, una forma potencialmente mortal de neumonía.

Los problemas se deben a las amebas. Estos organismos unicelulares se unen a la colonia biofilm y se alimentan de las bacterias dentro de ella, incluyendo bacterias Legionella. La Legionella ingerido luego proliferan dentro de la ameba, ya que proporciona las condiciones adecuadas para la Legionella a multiplicar. Esto hace que sean un peligro significativo para la salud en muchas industrias y es por eso que es tan importante para gestionar y controlar la presencia de biofilms.

CAPAS COSTOSOS

Muchas industrias con procesos que dependen de calor que se elimina rápidamente de una zona de producción se basan en sistemas de refrigeración de agua. Si el tubo del sistema de refrigeración por agua se recubre en la biopelícula, a continuación, el intercambio de calor desde el elemento caliente para el agua fría se vuelve mucho más difícil. Podría ser comparado con alguien que intenta refrescarse, pero negarse a quitarse su capa: es ineficiente. Una capa de biofilm de tan sólo 0,1 mm puede reducir la eficiencia tanto que los costos de electricidad asociados para alimentar su planta pueden aumentar por un factor de cuatro en comparación con un sistema que contiene el mismo espesor de incrustaciones de carbonato de calcio.

Las biopelículas menudo no son considerados como la causa del aumento de los costos de electricidad, tal vez debido a que rara vez se detectan. Las biopelículas son generalmente sólo unos pocos micrómetros de espesor, 100 veces menor que la sección transversal de una hebra de cabello, y los gerentes de planta no están buscando activamente para ellos. Un especialista en el tratamiento del agua, sin embargo, puede inspeccionar los sistemas de refrigeración que utilizan las últimas técnicas y analizar muestras para detectar la presencia de biofilms y asesorar sobre el tratamiento apropiado.

Las biopelículas pueden contener bacterias del hierro de deposición que destruyen acero, causando estragos en las tuberías del sistema de enfriamiento de agua sulfito reductoras o. Esta corrosión microbiológica es de 10 a 1000 veces más rápido para desarrollar y 10 a 100 veces más agresivo que la corrosión estándar.

Las biopelículas son también la principal causa de la corrosión microbiológica. Pueden contener bacterias del hierro de deposición que destruyen acero, causando estragos en las tuberías del sistema de enfriamiento de agua sulfito reductoras o. cuentas de corrosión microbiológica de hasta el 50 por ciento de los costes totales de la corrosión a la economía. En comparación con la corrosión estándar, es de 10 a 1000 veces más rápido para desarrollar y es de 10 a 100 veces más agresivo. Si no se trata, esto puede tener consecuencias costosas para los equipos de misión crítica en sistemas de enfriamiento - que conduce a trabajos de reparación costosos y el tiempo de inactividad.

Las biopelículas son generalmente sólo unos pocos micrómetros de espesor, 100 veces menor que la sección transversal de una hebra de cabello.

Descomponer la capa protectora

Un tratamiento que se descompone el mecanismo de biopelícula compleja, la exposición de las bacterias que oculta dentro, es crítica. Las bacterias expuestas a continuación, pueden ser tratados con biocidas, lo que les impide pasar a recolonizar.

A diferencia de completar la maratón de Londres en un traje de camello, no hay sentido de la realización de una torre de enfriamiento trabajando duro extra. Mediante el tratamiento de biopelículas, que está eliminando una capa aislante innecesario y costoso, lo que permite la torre de refrigeración para trabajar más eficientemente, reduciendo los riesgos asociados con Legionella, y hacer frente a los problemas de corrosión microbiológica se describe anteriormente.

 

Leer artículo original @ http://www.waterworld.com/articles/iww/print/volume-17/issue-6/features/the-science-behind-biofilms-and-their-impact-on-cooling-towers. html

 


Aldo Zaffalon
Aldo Zaffalon

Author

Water treatment automation expert, with over 25 years of experience in industrial water treatment automation, marketing, sales and engineering.


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