2020年消毒劑氯片生產(chǎn)廠家中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團菌控制技術(shù)的研究進展

　　2020年鵝卵石濾料廠家中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團菌控制技術(shù)的研究進展。本文結(jié)合軍團菌存活的條件和中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的特點，分析了中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中有利于軍團菌生長的因素。綜述了中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團菌的控制技術(shù)以及國內(nèi)外在軍團菌控制中的標準制訂。從控制效果和安全環(huán)保等方面總結(jié)了目前技術(shù)的不足，提出了一種新的軍團菌控制途徑。

　　軍團菌是一種革蘭氏陰性菌，淺紅色的短桿菌，直徑0.3~0.5 μm，長約1.2~5 μm或更長，菌體一端有鞭毛。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)50個種，70多個血清型，至少有20個種可引起人感染，引發(fā)特殊的肺炎，稱為軍團病。飲用受污染的水或者人與人之間的接觸不會引起軍團病，但是通過呼吸道霧化吸入受污染的水珠或冰珠會引起軍團病，其具有病程進展快、病死率高、易爆發(fā)流行的特點，尤其在免疫抑制患者和有基礎(chǔ)疾病的患者中，爆發(fā)流行的可能性更大、病死率更高。

　　隨著人們對中央空調(diào)的需求日益加大，大型醫(yī)院、商場、酒店、寫字樓、車站、飛機場等人員密集場所均有中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)。近年來在汕頭口岸中央空調(diào)系統(tǒng)、惠州市公共場所集中空調(diào)系統(tǒng)、上海市金山區(qū)集中空調(diào)冷卻水、新疆克拉瑪依市獨山子區(qū)公共場所集中空調(diào)冷卻塔、深圳市南山區(qū)公共場所集中空調(diào)冷卻塔、天津空港口岸中央空調(diào)冷卻塔中均檢測出軍團菌。一旦軍團菌通過氣溶膠、空氣形成交叉污染，極有可能引起人群感染，有區(qū)域性爆發(fā)流行軍團病的危險。因此，實現(xiàn)對中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團菌的有效控制，對社會健康安全具有重要意義。

　　本研究對中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中有利于軍團菌生長的因素進行了分析，綜述了中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團菌的控制技術(shù)及國內(nèi)外在軍團菌控制中的標準制訂，對傳統(tǒng)控制技術(shù)存在的問題進行了總結(jié)，并提出了一種新的控制途徑。

　　一、有利于軍團菌生長的因素軍團菌在溫度適宜(理想溫度是25~42 ℃)、含氧量較大和養(yǎng)分充足的環(huán)境中容易生長繁殖。在中央空調(diào)冷卻水體中，水溫基本都在30~35 ℃，無機離子和有機營養(yǎng)物質(zhì)的濃度很高，利于軍團菌的滋生與繁殖。而且這些水體中經(jīng)常產(chǎn)生沉淀、生物膜(即生物黏泥)和過多的有機物，進而產(chǎn)生藻類、細菌及原蟲，而由這些構(gòu)成的共生關(guān)系為軍團菌提供了源源不斷的養(yǎng)料。

　　中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團菌的營養(yǎng)源關(guān)系見圖1。

　　圖1 中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團菌的營養(yǎng)源關(guān)系

　　由圖1可知，冷卻塔的陽光與水既是產(chǎn)生藻類的必要條件，又可為藻類進行光合作用生產(chǎn)有機物，提供用之不完的能源和基礎(chǔ)材料;有機物可為阿米巴等原生動物、軍團菌和其他細菌提供食源;細菌既是有機物的消費者，又是阿米巴等原生動物和軍團菌所需營養(yǎng)的生產(chǎn)者;阿米巴等原生動物雖處于較高生態(tài)位，是有機物、細菌的消費者，但又可以為軍團菌的大量生長繁殖捕捉、聚集其所需的各種營養(yǎng)，從某種意義上說是軍團菌所需營養(yǎng)的提供者。

　　顯而易見，在空調(diào)冷卻水這個軍團菌人工水生環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)中，由此構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)沒有限制因子，所以在該生態(tài)環(huán)境中軍團菌可以大量生長繁殖，空調(diào)冷卻水系統(tǒng)成了軍團菌的理想生存環(huán)境和潛在傳播源。在系統(tǒng)內(nèi)，軍團菌主要有3種存在方式：(1)以個體的形式，自由存在于水里面;(2)寄生于一些原生動物如阿米巴蟲里面。原生動物是軍團菌的天然宿主，其不僅會為軍團菌提供抵御不良環(huán)境和增殖的場所，還增強軍團菌在哺乳動物細胞中的毒性。(3)藏匿于生物膜內(nèi)。因沉積物累積所形成的微生態(tài)環(huán)境，聚集生長了細菌、真菌、原蟲和藻類堆積而成的黏泥層，是軍團菌(也包括其他細菌)最容易繁殖的場所。美國水處理技術(shù)年會(AWT)近幾年有關(guān)冷卻水處理的論文中，超過一半和軍團菌以及生物膜有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)生物膜是軍團菌的重要藏匿處，90%~99%的細菌存在于生物膜中，而不在水體中。軍團菌更喜歡生物膜這樣的保護性環(huán)境，可以幫助軍團菌抵抗外界的惡劣環(huán)境，如高濃度的氯消毒，形成附著式生長。

　　美國蒙大拿州立大學(xué)的生物膜工程研究中心(CBE)對生物膜的特性及本質(zhì)展開了深度的研究。簡要來說，生物膜會在以下條件下產(chǎn)生：(1)必要的停泊點;(2)養(yǎng)分物質(zhì);(3)適當(dāng)?shù)乃疁亍＿@些條件會存在于冷卻水塔或者流速較慢的系統(tǒng)管道內(nèi)：因為較低的流速不會影響生物膜的停泊和生長。中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中易產(chǎn)生軍團菌的部位包括冷卻塔的塔池、填料、噴頭、收水器、風(fēng)扇、系統(tǒng)管線死角、吸水井等。

　　二、、軍團菌的控制技術(shù)

殺滅控制技術(shù)包括化學(xué)殺菌、物理殺菌、生物噬菌技術(shù);非殺滅控制技術(shù)包括微濾超濾法、生態(tài)透析技術(shù)。

　　01、殺滅控制技術(shù)

　　(1)化學(xué)殺菌劑

　　化學(xué)殺菌劑主要有氧化性和非氧化性兩大類殺菌劑，目前在中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用最多。

　　在使用的氧化性殺菌劑中，鹵素及其化合物占有較高的比例，其中尤以含氯制劑最多，包括氯氣(Cl2)、二氧化氯(ClO2)、氯胺(NH2Cl)、次氯酸鹽〔NaClO、Ca(ClO)2等〕、氯代異氰酸酯等。

　等采用徹底清洗空調(diào)系統(tǒng)中冷凝器和冷卻盤的方法，用含有效氯1 000~2 000 mg/L的消毒液噴灑消毒30 min，可使冷凝水和冷卻水中無存活軍團菌檢出。Zhe Zhang等的研究表明，使用ClO2可以顯著降低醫(yī)院內(nèi)免疫力低下人員患上軍團菌病的風(fēng)險。除了含鹵制劑外，臭氧(O3)、過氧化氫(H2O2)等氧化性殺菌劑對軍團菌也能起到有效的殺滅作用。E. L. Domingue等發(fā)現(xiàn)臭氧滅活軍團菌比Cl2和H2O2更有效，投加0.3~1 mg/L O3在5 min內(nèi)滅活率達到99%，而達到同樣的滅活效果，Cl2和H2O2則需要30 min。

　　某些非氧化性殺菌劑，如DBNPA、異噻唑啉酮、戊二醛和季銨鹽對軍團菌的殺滅效果較好。王玲等使用復(fù)合季銨鹽200 mg/L與體積分數(shù)1.5%乙醇組成的防銹型空調(diào)消毒液，對嗜肺軍團菌具有良好的殺滅效果，pH偏酸性對其殺菌效果有影響。蔡怡珊等研究表明，季銨鹽消毒劑和含氯消毒劑均在較低濃度下能有效殺滅懸液內(nèi)嗜肺軍團菌，對不銹鋼基本無腐蝕性。此外，田忠梅等發(fā)現(xiàn)一種新型胍類消毒劑水溶液對懸液內(nèi)嗜肺軍團菌具有較好的殺滅效果。C. W. Chang等從土肉桂中提抽的肉桂油也被證明是一種有效的軍團菌抗菌物。

　　化學(xué)殺菌劑大多具有腐蝕管道及污染環(huán)境的弊病。從實踐應(yīng)用來說，非氧化性殺菌劑不如氧化性殺菌劑的效果好，在中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中商業(yè)化應(yīng)用得較多的是含氯、溴的氧化性殺菌劑，有些系統(tǒng)采用的是含氯、溴氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑交替使用的方案，非氧化性殺生劑采用長時間、低濃度的投加;氧化性殺生劑采用間斷和沖擊式投加的方法控制水體軍團菌的生長。

　　(2)物理殺菌

　　物理殺菌主要包括加熱控制法、銅/銀離子法、紫外(UV)法、電脈沖或超聲波法等。

　　加熱控制法依靠的是高溫殺菌，只要將水溫保持在50 ℃以上軍團菌就不可能發(fā)展，而且在數(shù)小時內(nèi)就會被完全地消滅。C. W. Chang等的研究表明，加熱能破壞軍團菌的膜細胞。銅/銀離子能改變細菌組織結(jié)構(gòu)的滲透性從而導(dǎo)致菌體失活。D. S. Blanc等的研究表明，銅/銀離子可以有效控制熱水和冷水中的軍團菌。周卓為等研究表明，銅/銀離子協(xié)同氯離子，比單獨銅/銀離子對軍團菌的殺滅效果更好。M. Triassi等研究表明，通過紫外殺菌法對水體中的軍團菌進行消毒也能起到一定的效果。電脈沖或超聲波法具有殺菌效力主要是由其產(chǎn)生的空化作用所引起的，P. Declerck等的研究表明，超聲波具有應(yīng)用于控制水系統(tǒng)中軍團菌的潛力。

　　在物理殺菌控制技術(shù)中，加熱控制法主要應(yīng)用于熱水系統(tǒng)，而其他控制技術(shù)大都還處于試驗階段，實際應(yīng)用于中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的并不多，主要因為這些技術(shù)存在一定的缺點，如銅/銀離子法的使用成本太高;紫外殺菌法只能對流經(jīng)紫外燈附近小范圍內(nèi)的水起殺菌作用;超聲波法的處理量有限，而且無法有效控制軍團菌的再生。

　　(3)物理化學(xué)殺菌

　　物理化學(xué)殺菌主要包括光催化法、微電解法、電化學(xué)控制法等。

　　光催化過程具有強氧化性，對大多數(shù)細菌都有很強的殺傷力，Y. W. Cheng等使用光催化氧化使得軍團菌菌株失活。李濤等使用光催化水處理器處理24 h后水樣中軍團菌由陽性變?yōu)槲礄z出，達到消毒效果。微電解作用對大腸桿菌等一般性細菌的殺滅效果是相當(dāng)理想的，鄭惠東等發(fā)現(xiàn)低壓高頻電解水可以有效殺滅中央空調(diào)冷卻循環(huán)水中嗜肺軍團菌。G. Cossali等的電化學(xué)裝置可以有效控制熱水供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的軍團菌。夏靜將電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于軍團菌的控制，研究其殺菌主導(dǎo)機制為：電極表面的電子轉(zhuǎn)移→生成活性殺菌物質(zhì)→殺菌物質(zhì)對微生物滅活。

　　物理化學(xué)殺菌對軍團菌的控制只是近些年的研究成果，機理尚不完全被掌握。光催化氧化殺菌存在光能利用率低、催化劑難回收等缺點，但其反應(yīng)條件溫和、而且非常清潔，是一種有潛力的軍團菌控制技術(shù)。電解消毒效果受pH及水硬度的影響，pH高或水硬度高其殺菌效果就不好，限制了其應(yīng)用范圍。電化學(xué)技術(shù)控制軍團菌的研究多集中在關(guān)鍵參數(shù)與殺菌效果之間的探討，對內(nèi)在作用機理的探索也多為推測，在中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中的商業(yè)化應(yīng)用還有待評估。

　　(4)生物噬菌技術(shù)

　　生物噬菌技術(shù)是利用一種叫“噬菌體”的細菌病毒吃掉細菌。這一技術(shù)避免了化學(xué)、物理殺菌法常見的腐蝕管道及污染環(huán)境的弊病，是一種理想的綠色環(huán)保型消除軍團菌的方法，但是成本較高。

　　02、非殺滅控制技術(shù)

　　微濾超濾法的優(yōu)點在于其不需在水系統(tǒng)內(nèi)加入化學(xué)物質(zhì)，能過濾小于1 μm的微粒。但是其存在一定的局限性，如成本高、過濾器易污堵而降低其效果、過濾器可能產(chǎn)生其他種類的細菌等。

　　生態(tài)透析技術(shù)對被軍團菌寄生的宿主——藻類具有降解作用，因而藻類的去除便削減了軍團菌的庇護所，從而在一定程度上控制了冷卻水中軍團菌的增殖。生態(tài)透析持續(xù)進行48 d后藻類去除率達到76.9%，對應(yīng)的嗜肺軍團菌的生物量降低了78.1%。這類技術(shù)由于安全環(huán)保受到了研究者廣泛的關(guān)注。

　　三、軍團菌控制相關(guān)的標準制訂目前，發(fā)達國家對軍團菌的控制均有一定的規(guī)范。美國采暖制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)發(fā)布的行業(yè)標準(ASHRAE Guideline 12-2000)對建筑物內(nèi)如中央空調(diào)系統(tǒng)中軍團菌的生長傳播控制進行了詳細說明。美國職業(yè)安全和健康署(OSHA)公布并推薦了佐治亞州Pathcon微生物實驗室提出的冷卻塔水中軍團菌濃度應(yīng)≤100 mL-1;日本厚生勞動省對冷卻水中軍團菌制訂的標準為≤100 mL-1。2010年為了控制和預(yù)防歐盟成員國爆發(fā)軍團病，歐洲軍團菌感染工作組(EWGLI)與歐洲疾病預(yù)防控制中心(ECDC)合作，并將其更名為歐洲軍團病監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(ELDS Net)，這是目前國際上比較完善的軍團病監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，2017年6月ECDC發(fā)布了關(guān)于軍團菌感染的預(yù)防控制和調(diào)查的歐洲技術(shù)準則，其中對冷卻塔中微生物數(shù)量及采取的相應(yīng)措施作了規(guī)定(30 ℃，培養(yǎng)時間≥48 h)，見表1。

　　表1 冷卻塔中微生物數(shù)量及采取的相應(yīng)措施的規(guī)定

　　澳大利亞也制訂了相關(guān)標準——Legionella Control in Air Conditioning Units and Cooling Towers，該標準認為單純采用水中軍團菌數(shù)量來作為評價軍團病爆發(fā)的可能性還存在諸多局限，推薦采用總菌數(shù)(TBC)來作為評價指標。國際上接受美國疾病預(yù)防控制中心(CDC)推薦的控制指標，認為水樣中測得了軍團菌就應(yīng)予以重視并采取措施：>100 mL-1，即存在大量軍團菌;10~100 mL-1，即存在軍團菌;<10 mL-1，即存在少量軍團菌。

　　我國衛(wèi)生部2012年9月發(fā)布了《公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》(WS 394—2012)，其中對空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水、冷凝水中嗜肺軍團菌數(shù)的規(guī)定是：200 mL取樣，不得檢出。2013年12月衛(wèi)生部又發(fā)布了國家標準《公共場所衛(wèi)生檢驗方法第5部分：集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)》(GB/T 18204.5—2013)，其中規(guī)定了用培養(yǎng)法定性測定空調(diào)系統(tǒng)冷卻水、冷凝水及其形成的沉積物、軟泥等樣品中的嗜肺軍團菌。《中華人民共和國化工行業(yè)標準》(HG/T 4323—2012)規(guī)定了循環(huán)冷卻水中軍團菌的檢測與計數(shù)方法。

　　4、存在問題與展望一直以來，中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團菌控制技術(shù)的研究主要集中在如何消滅軍團菌，并采用各種不同的方法進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含氯、溴的氧化性殺菌劑對軍團菌的殺滅效果較好。但是，一旦軍團菌與藻類、原生動物形成生物膜，在生物膜的保護下，殺菌消毒措施往往控制不住軍團菌的繁殖，等到軍團菌生長繁殖到一定濃度，再以氣溶膠為載體經(jīng)空氣傳播吸入肺部而使人類感染。該控制技術(shù)主要存在的缺陷是：含氯、溴的氧化性殺菌劑只能殺滅水體中浮游微生物，當(dāng)軍團菌藏匿于原蟲、生物膜內(nèi)時，殺菌劑達到不了作用部位而無法達到殺滅效果或者需要非常高的藥劑濃度，不但浪費藥劑，溴、氯等有害物還會破壞環(huán)境。

　　近年來，國外的研究大量報道生物膜是軍團菌的重要藏匿處，并將軍團病的爆發(fā)歸因于生物膜。因此，防止生物膜的形成和根除不同環(huán)境下生物膜的方法至關(guān)重要，而消除或控制人工水環(huán)境中的藻類、生物膜、泥砂沉積物和原生動物等可能是控制軍團菌的關(guān)鍵步驟。除了研究直接消滅軍團菌的控制方法，還應(yīng)該開辟一種新的控制途徑，即從源頭上消除軍團菌賴以生存的環(huán)境，通過控制藻類生長(軍團菌的營養(yǎng)源)，鈍化阿米巴蟲的活性，驅(qū)散生物膜和垢瘤(軍團菌的棲身處)，重點開發(fā)具有較強滲透性和剝離生物黏泥的藥劑再配合殺菌消毒的控制方法，相信在不久的將來必然攻克“無法有效控制軍團菌”這一難題。

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