W systemach wodnych bardzo często występują biofilmy, czyli tzw. obrosty biologiczne. Te biologiczno-chemiczne struktury odkładające się na powierzchniach kontaktujących się z wodą stwarzają niebezpieczeństwo w wielu branżach przemysłu. Są zagrożeniem zarówno dla odbiorców produktów finalnych, jak i producentów. Powstawanie biofilmów to zjawisko dość częste, jednak głównym powodem, dla którego wiele przedsiębiorstw zwraca uwagę na skutki ich występowania jest pojawiający się wzrost liczby oznaczanych w wodzie bakterii grupy coli. Te wskaźniki stanu sanitarnego wody często towarzyszą innym bakteriom heterotroficznym tworzącym biofilmy.
Występowanie biofilmów może być związane z szeregiem czynników fizykochemicznych, wśród których najważniejsze są: sposób uzdatniania wody, rodzaj środka dezynfekującego, poziom przyswajalnego węgla organicznego oraz rodzaj materiału. Woda zawierająca wysoki poziom związków węgla (AOC) trudniej podlega procesom dezynfekcji. Np. w wodach chlorowanych z poziomem AOC wyższym niż 100 μg/L odnotowano znacznie więcej prób wykazujących obecność bakterii grupy coli. Rodzaj materiału instalacyjnego, a także nagromadzenie produktów korozji może radykalnie wpłynąć na tworzenie biofilmów w systemach wody pitnej. Warto zaznaczyć, że miejscowe uszkodzenia w materiale instalacyjnym mogą stanowić swoiste siedliska – nisze ochronne dla rozwoju bakterii. Powstawanie np. wżerów w rurach metalowych może być przyspieszone przez wysoki poziom chlorków i siarczanów. Stosunek poziomu chlorków i siarczanów do wodorowęglanów, znany jako tzw. wskaźnik Larsona, może wskazywać na tendencje instalacji do korozji wżerowej. Wartość wspomnianego indeksu Larsona może zmieniać się sezonowo, najwyższy poziom osiągając w miesiącach letnich, kiedy temperatura wody w instalacjach wody ulega zwykle podwyższeniu.
Efektem badań prowadzonych we współpracy z przemysłem i jednostkami PAN było gruntowne poznanie problemów związanych z funkcjonowaniem systemów dystrybucji wody. Opracowano skuteczne strategie antybiofilmowe, oparte o modyfikacje powierzchni aktywnymi polimerami krzemoorganicznymi – organosilanami, których łańcuchy związane są jednym końcem z powierzchnią materiału podlegającego modyfikacji. Charakter łańcuchów można odpowiednio zmieniać, poprawiając tym samym cechy powierzchniowe materiału instalacyjnego.
Zrealizowane projekty:
Uzyskany patent:
Kręgiel D., Rygała A, Nowacka M., Kowalewska A., Patent 235567 Zastosowanie polimerowych pochodnych N-acetylocysteiny.
Wyniki badań zostały przedstawione w cyklu oryginalnych i przeglądowych artykułów naukowych w renomowanych czasopismach o zasięgu międzynarodowym:
Korzyści społeczne i gospodarcze z wdrożenia wyników projektów:
Dzięki interdyscyplinarnym badaniom nastąpiło istotne wzmocnienie współpracy placówek naukowo-badawczych w obszarze modyfikacji powierzchni. Szeroka współpraca z wiodącymi jednostkami naukowymi PAN pozwoliła na opracowanie kompleksowych rozwiązań, usuwających już utworzone biofilmy oraz przeciwdziałające ich powstawaniu. Badania te mają istotne znaczenie gospodarcze i społeczne, zarówno w kraju jak i na świecie, bowiem straty wynikające z tworzenia biofilmów (zanieczyszczenie produktu, zakłócenia w przepływie, biodeterioracja) są olbrzymie i trudne do oszacowania.