如何精准快速控制纯化水系统的微生物（菌落总数）指标？

2024-03-13

纯化水系统的微生物控制，具体是对菌落总数的控制，要求终端出水菌落总数<100CFU/ml。这是个专业应用领域的话题，希望能对纯化水相关从业者提供一些帮助，包括纯化水的设备生产商、工程商、使用单位和相关从业者。

一

纯化水系统简介

纯化水是指使用蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜的方法制得的水，广泛应用于制药、医疗器械、化妆品、食品、电子、能源等领域。纯化水的指标参数较多，我们在这里主要探讨其中的微生物指标。

二

纯化水系统的组成：

从理论上来说，微生物污染来自于外部或内部的交叉污染。

三

制水单元

制水单元会将原水中的微生物过滤截留，从而使出水(A点）的水体微生物符合规范标准（100CFU/ml）。此部分消毒方式主要有巴氏消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、纯蒸汽消毒。这些是标准制式的消毒，我们就不详细讨论了。这些消毒方式能够保障制水单元的正常运行，确保微生物的数量在限量之内。

四

存储和分配单元

正常情况下，制水单元的出水中微生物量很少，符合微生物学的限量标准，那为什么还会发生终端出水微生物超标的情况呢？

五

纯化水系统微生物污染的原因

制水单元出水（A点）并不是完全无菌的，水中仍然会存有少量的微生物。

（即使A点水体检测结果呈现无菌，也有可能仅是检测到了谷底值。微生物分布的不均匀性、检测取样数量少、存在芽孢等因素都可能导致检测结果不准确。）

六

生物膜形成过程图解

七

生物膜对纯化水系统的典型危害：

污堵：生物膜在RO膜、罐体、管道等位置都会出现，会污堵RO膜，致使RO膜产水量下降，也会降低管道供水能力下降。

持续性的微生物污染：生物膜会向水体中持续释放微生物，造成水体微生物数量剧增。

腐蚀管道：生物膜会释放腐蚀产物，腐蚀罐体、管道。

八

生物膜及其解决方案

01.生物膜定义和形成原因

生物膜由细菌、真菌、原生动物和/或藻类的混合物组成，它们彼此共生。它们通常被认为是一层黏液或一层厚度、颜色和稠度不同的涂层，通常形成在液相边界层上，如管道、冷却塔、排水管和其他输水系统。特征性生物膜黏液基质由微生物产生的胞外聚合物（EPS）组成，与水形成水凝胶。

当微生物滞留在水系统边界上（如管道内壁和水箱内壁或附着于惰性或活性实体的表面，这些微生物就会进行繁殖、分化，并分泌一些多糖基质，将菌体群落包裹其中而形成的细菌/微生物聚集体膜状物，这就是生物膜形成原因。单个生物被膜可由一种或多种不同的微生物形成。

02.生物膜与其环境抗性

EPS由多种长链多糖组成，如褐藻酸盐和纤维素，可以形成非常稳定的基质。食品工业利用这些特性生产增稠剂等产品。对于微生物来说，生活在生物膜中有许多益处。它们有更稳定的食物供应，有一定程度的干燥保护，并享有相当大的防护，免受杀菌剂和其他不利的环境影响。尤其是对氯、臭氧和紫外线辐射的抗性随着生物膜厚度的增加而显著增加。

03.生物膜及其解决方案

使用氯处理生物膜

文献中普遍认为，氯是一种很好的生物膜防护剂。经实践证明，使用使用0.2 mg/l的二氧化氯（饮用水处理的最大允许剂量），经过70天处理周期可显著减少微生物（但不会杀灭所有微生物，来自Otte et al., 2004; Lenz, 2011）。然而，氯的较强的腐蚀性是一个难以回避的问题（来自Hub-bard et al., 2009），这对许多设施来说，需要投入高昂的运行和维护费用来尽量降低氯腐蚀性的危害，且在一定程度上减少了设备的寿命周期，长远来说得不偿失。在这种情况下，设备运营商需要杀菌效力更高，腐蚀性更低的产品来达到杀灭微生物和消除生物膜的效果。除此之外，现场操作者需要忍受氯刺鼻气味和致畸的潜在风险，这无疑极大增加了职业健康危害防控和赔付的风险。

酶制剂和碱

酶和碱也可以在一定程度上削弱生物膜，但由于杀菌效力相对较弱，所以很难彻底解决生物膜问题，容易反复滋生。另外碱具有较强的腐蚀性，不适合在纯化水系统中频繁使用。

生物膜对过氧化氢的耐受性

过氧化氢在水消毒和保护方面都有较好的效果，因此一些专业人士考虑将过氧化氢用于处理生物膜，使用纯净的过氧化氢没有毒性且对设备材料腐蚀性也十分轻微，这比二氧化氯（ClO₂）、过氧乙酸等要理想的多。这个想法是乎逻辑的，基本上也是正确的，但有一个重要的问题-过氧化氢（H₂O₂）本身（特别是在其天然的，不稳定的状态下）会被生物膜产生的过氧化氢酶分解。发生这种情况的速度各不相同。例如，只有在浓度为10000 ppm或更高的情况下，冲击消毒才被认为在几个小时内是可靠有效的。

生物膜对银的耐受性

银，在单独使用时，很难穿透生物膜基质，因此常常在生物膜表面沉淀，这使得银难以发挥其强大的微动力作用，难以发挥其优秀的抑菌/防腐性能。

过氧化氢银复合溶剂用于对抗生物膜

过氧化氢和银联合应用于生物膜的研究是为了利用过氧化氢和银在单一体系中的协同作用，人们进行了各种尝试。大约30年前，奥克泰士Oxytech成为世界上第一个实现这一突破并批量制造的产品，这种产品将过氧化氢的氧化作用与银的优异催化和抑菌作用结合起来，该产品是Oxytech D-50/500。

过氧化氢是一种最为理想的、完全生态的消毒产品，这是人们使用它的最初动力。Oxytech复合改进了过氧化氢不稳定且效力不足的弱点。

过氧化氢银（Oxytech）对生物膜的作用分析

单独的过氧化氢产品在与生物膜接触时容易迅速分解，无法穿透生物膜，这会严重限制它们的功效。为了达到最大的效果，过氧化氢需要高度稳定，就像奥克泰士消毒剂一样。

奥克泰士在与生物膜表面初次接触后的一段时间内抑制过氧化氢的分解，并使过氧化氢能够穿透生物膜结构。生物膜产生的过氧化氢酶的作用导致过氧化氢释放氧气，所以奥克泰士除了它的氧化作用外，所产生的细气泡还产生物理、机械作用。生物膜基质中气泡的膨胀实际上将基质吹裂。由此产生的生物膜碎片与结构分离，留下孔洞，进而允许进一步的过氧化氢渗透到结构中。在最佳条件下，整个生物膜被迅速地从基质上分离并破碎。

奥克泰士Oxytech对生物膜的处理效果