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(tuán)菌控制技術(shù)的研究進(jìn)展

　　2020年鵝卵石濾料廠家中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團(tuán)菌控制技術(shù)的研究進(jìn)展。本文結(jié)合軍團(tuán)菌存活的條件和中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析了中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中有利于軍團(tuán)菌生長的因素。綜述了中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團(tuán)菌的控制技術(shù)以及國內(nèi)外在軍團(tuán)菌控制中的標(biāo)準(zhǔn)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(tuán)菌控制途徑。

　　軍團(tuán)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(tuán)病。飲用受污染的水或者人與人之間的接觸不會引起軍團(tuán)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(tuán)病，其具有病程進(jìn)展快、病死率高、易爆發(fā)流行的特點(diǎn)，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(jī)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(dú)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(tuán)菌。一旦軍團(tuán)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(tuán)病的危險。因此，實現(xiàn)對中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團(tuán)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(tuán)菌生長的因素進(jìn)行了分析，綜述了中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中軍團(tuán)菌的控制技術(shù)及國內(nèi)外在軍團(tuán)菌控制中的標(biāo)準(zhǔn)制訂，對傳統(tǒng)控制技術(shù)存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，并提出了一種新的控制途徑。

　　一、有利于軍團(tuán)菌生長的因素軍團(tuán)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(jī)離子和有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)的濃度很高，利于軍團(tuán)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(jī)物，進(jìn)而產(chǎn)生藻類、細(xì)菌及原蟲，而由這些構(gòu)成的共生關(guān)系為軍團(tuán)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(tuán)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(tuán)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(jìn)行光合作用生產(chǎn)有機(jī)物，提供用之不完的能源和基礎(chǔ)材料;有機(jī)物可為阿米巴等原生動物、軍團(tuán)菌和其他細(xì)菌提供食源;細(xì)菌既是有機(jī)物的消費(fèi)者，又是阿米巴等原生動物和軍團(tuán)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(jī)物、細(xì)菌的消費(fèi)者，但又可以為軍團(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)菌可以大量生長繁殖，空調(diào)冷卻水系統(tǒng)成了軍團(tuán)菌的理想生存環(huán)境和潛在傳播源。在系統(tǒng)內(nèi)，軍團(tuán)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(tuán)菌的天然宿主，其不僅會為軍團(tuán)菌提供抵御不良環(huán)境和增殖的場所，還增強(qiáng)軍團(tuán)菌在哺乳動物細(xì)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(xì)菌、真菌、原蟲和藻類堆積而成的黏泥層，是軍團(tuán)菌(也包括其他細(xì)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(tuán)菌以及生物膜有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)生物膜是軍團(tuán)菌的重要藏匿處，90%~99%的細(xì)菌存在于生物膜中，而不在水體中。軍團(tuán)菌更喜歡生物膜這樣的保護(hù)性環(huán)境，可以幫助軍團(tuán)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(diǎn);(2)養(yǎng)分物質(zhì);(3)適當(dāng)?shù)乃疁�。這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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(dá)到99%，而達(dá)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(tuán)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?jǐn)?shù)1.5%乙醇組成的防銹型空調(diào)消毒液，對嗜肺軍團(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)菌的膜細(xì)胞。銅/銀離子能改變細(xì)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(tuán)菌。周卓為等研究表明，銅/銀離子協(xié)同氯離子，比單獨(dú)銅/銀離子對軍團(tuán)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(tuán)菌進(jìn)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(tuán)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(diǎn)，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(tuán)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(qiáng)氧化性，對大多數(shù)細(xì)菌都有很強(qiáng)的殺傷力，Y. W. Cheng等使用光催化氧化使得軍團(tuán)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(tuán)菌由陽性變?yōu)槲礄z出，達(dá)到消毒效果。微電解作用對大腸桿菌等一般性細(xì)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(tuán)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(tuán)菌。夏靜將電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于軍團(tuán)菌的控制，研究其殺菌主導(dǎo)機(jī)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(tuán)菌的控制只是近些年的研究成果，機(jī)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(diǎn)，但其反應(yīng)條件溫和、而且非常清潔，是一種有潛力的軍團(tuán)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(tuán)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(jī)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(xì)菌病毒吃掉細(xì)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(tuán)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(diǎn)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(xì)菌等。

　　生態(tài)透析技術(shù)對被軍團(tuán)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(tuán)菌的庇護(hù)所，從而在一定程度上控制了冷卻水中軍團(tuán)菌的增殖。生態(tài)透析持續(xù)進(jìn)行48 d后藻類去除率達(dá)到76.9%，對應(yīng)的嗜肺軍團(tuán)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(tuán)菌控制相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制訂目前，發(fā)達(dá)國家對軍團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)(ASHRAE Guideline 12-2000)對建筑物內(nèi)如中央空調(diào)系統(tǒng)中軍團(tuán)菌的生長傳播控制進(jìn)行了詳細(xì)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(tuán)菌濃度應(yīng)≤100 mL-1;日本厚生勞動省對冷卻水中軍團(tuán)菌制訂的標(biāo)準(zhǔn)為≤100 mL-1。2010年為了控制和預(yù)防歐盟成員國爆發(fā)軍團(tuán)病，歐洲軍團(tuán)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(tuán)病監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(ELDS Net)，這是目前國際上比較完善的軍團(tuán)病監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，2017年6月ECDC發(fā)布了關(guān)于軍團(tuán)菌感染的預(yù)防控制和調(diào)查的歐洲技術(shù)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)——Legionella Control in Air Conditioning Units and Cooling Towers，該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為單純采用水中軍團(tuán)菌數(shù)量來作為評價軍團(tuán)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(biāo)。國際上接受美國疾病預(yù)防控制中心(CDC)推薦的控制指標(biāo)，認(rèn)為水樣中測得了軍團(tuán)菌就應(yīng)予以重視并采取措施：>100 mL-1，即存在大量軍團(tuán)菌;10~100 mL-1，即存在軍團(tuán)菌;<10 mL-1，即存在少量軍團(tuán)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(tuán)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(biāo)準(zhǔn)《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(tuán)菌。《中華人民共和國化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(HG/T 4323—2012)規(guī)定了循環(huán)冷卻水中軍團(tuán)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(tuán)菌控制技術(shù)的研究主要集中在如何消滅軍團(tuán)菌，并采用各種不同的方法進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含氯、溴的氧化性殺菌劑對軍團(tuán)菌的殺滅效果較好。但是，一旦軍團(tuán)菌與藻類、原生動物形成生物膜，在生物膜的保護(hù)下，殺菌消毒措施往往控制不住軍團(tuán)菌的繁殖，等到軍團(tuán)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(tuán)菌藏匿于原蟲、生物膜內(nèi)時，殺菌劑達(dá)到不了作用部位而無法達(dá)到殺滅效果或者需要非常高的藥劑濃度，不但浪費(fèi)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(tuán)菌的重要藏匿處，并將軍團(tuán)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(tuán)菌的關(guān)鍵步驟。除了研究直接消滅軍團(tuán)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(tuán)菌賴以生存的環(huán)境，通過控制藻類生長(軍團(tuán)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(tuán)菌的棲身處)，重點(diǎn)開發(fā)具有較強(qiáng)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(tuán)菌”這一難題。

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