2020年消毒劑氯片生產廠家中央空調冷卻水系統中軍團菌控制技術的研究進展

　　2020年鵝卵石濾料廠家中央空調冷卻水系統中軍團菌控制技術的研究進展。本文結合軍團菌存活的條件和中央空調冷卻水系統的特點，分析了中央空調冷卻水系統中有利于軍團菌生長的因素。綜述了中央空調冷卻水系統中軍團菌的控制技術以及國內外在軍團菌控制中的標準制訂。從控制效果和安全環保等方面總結了目前技術的不足，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。現已發現50個種，70多個血清型，至少有20個種可引起人感染，引發特殊的肺炎，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、易爆發流行的特點，尤其在免疫抑制患者和有基礎疾病的患者中，爆發流行的可能性更大、病死率更高。

　　隨著人們對中央空調的需求日益加大，大型醫院、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冷卻水系統。近年來在汕頭口岸中央空調系統、惠州市公共場所集中空調系統、上海市金山區集中空調冷卻水、新疆克拉瑪依市獨山子區公共場所集中空調冷卻塔、深圳市南山區公共場所集中空調冷卻塔、天津空港口岸中央空調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，有區域性爆發流行軍團病的危險。因此，實現對中央空調冷卻水系統中軍團菌的有效控制，對社會健康安全具有重要意義。

　　本研究對中央空調冷卻水系統中有利于軍團菌生長的因素進行了分析，綜述了中央空調冷卻水系統中軍團菌的控制技術及國內外在軍團菌控制中的標準制訂，對傳統控制技術存在的問題進行了總結，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 ℃)、含氧量較大和養分充足的環境中容易生長繁殖。在中央空調冷卻水體中，水溫基本都在30~35 ℃，無機離子和有機營養物質的濃度很高，利于軍團菌的滋生與繁殖。而且這些水體中經常產生沉淀、生物膜(即生物黏泥)和過多的有機物，進而產生藻類、細菌及原蟲，而由這些構成的共生關系為軍團菌提供了源源不斷的養料。

　　中央空調冷卻水系統中軍團菌的營養源關系見圖1。

　　圖1 中央空調冷卻水系統中軍團菌的營養源關系

　　由圖1可知，冷卻塔的陽光與水既是產生藻類的必要條件，又可為藻類進行光合作用生產有機物，提供用之不完的能源和基礎材料;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的生產者;阿米巴等原生動物雖處于較高生態位，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，從某種意義上說是軍團菌所需營養的提供者。

　　顯而易見，在空調冷卻水這個軍團菌人工水生環境的生態系統中，由此構成的生態系統沒有限制因子，所以在該生態環境中軍團菌可以大量生長繁殖，空調冷卻水系統成了軍團菌的理想生存環境和潛在傳播源。在系統內，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。因沉積物累積所形成的微生態環境，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。美國水處理技術年會(AWT)近幾年有關冷卻水處理的論文中，超過一半和軍團菌以及生物膜有關，并發現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境，可以幫助軍團菌抵抗外界的惡劣環境，如高濃度的氯消毒，形成附著式生長。

　　美國蒙大拿州立大學的生物膜工程研究中心(CBE)對生物膜的特性及本質展開了深度的研究。簡要來說，生物膜會在以下條件下產生：(1)必要的停泊點;(2)養分物質;(3)適當的水溫。這些條件會存在于冷卻水塔或者流速較慢的系統管道內：因為較低的流速不會影響生物膜的停泊和生長。中央空調冷卻水系統中易產生軍團菌的部位包括冷卻塔的塔池、填料、噴頭、收水器、風扇、系統管線死角、吸水井等。

　　二、、軍團菌的控制技術

殺滅控制技術包括化學殺菌、物理殺菌、生物噬菌技術;非殺滅控制技術包括微濾超濾法、生態透析技術。

　　01、殺滅控制技術

　　(1)化學殺菌劑

　　化學殺菌劑主要有氧化性和非氧化性兩大類殺菌劑，目前在中央空調冷卻水系統中的應用最多。

　　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系統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可以顯著降低醫院內免疫力低下人員患上軍團菌病的風險。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等發現臭氧滅活軍團菌比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。王玲等使用復合季銨鹽200 mg/L與體積分數1.5%乙醇組成的防銹型空調消毒液，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嗜肺軍團菌，對不銹鋼基本無腐蝕性。此外，田忠梅等發現一種新型胍類消毒劑水溶液對懸液內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。

　　化學殺菌劑大多具有腐蝕管道及污染環境的弊病。從實踐應用來說，非氧化性殺菌劑不如氧化性殺菌劑的效果好，在中央空調冷卻水系統中商業化應用得較多的是含氯、溴的氧化性殺菌劑，有些系統采用的是含氯、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展，而且在數小時內就會被完全地消滅。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構的滲透性從而導致菌體失活。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生的空化作用所引起的，P. Declerck等的研究表明，超聲波具有應用于控制水系統中軍團菌的潛力。

　　在物理殺菌控制技術中，加熱控制法主要應用于熱水系統，而其他控制技術大都還處于試驗階段，實際應用于中央空調冷卻水系統的并不多，主要因為這些技術存在一定的缺點，如銅/銀離子法的使用成本太高;紫外殺菌法只能對流經紫外燈附近小范圍內的水起殺菌作用;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)物理化學殺菌

　　物理化學殺菌主要包括光催化法、微電解法、電化學控制法等。

　　光催化過程具有強氧化性，對大多數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為未檢出，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理想的，鄭惠東等發現低壓高頻電解水可以有效殺滅中央空調冷卻循環水中嗜肺軍團菌。G. Cossali等的電化學裝置可以有效控制熱水供應系統內的軍團菌。夏靜將電化學技術應用于軍團菌的控制，研究其殺菌主導機制為：電極表面的電子轉移→生成活性殺菌物質→殺菌物質對微生物滅活。

　　物理化學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，但其反應條件溫和、而且非常清潔，是一種有潛力的軍團菌控制技術。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，限制了其應用范圍。電化學技術控制軍團菌的研究多集中在關鍵參數與殺菌效果之間的探討，對內在作用機理的探索也多為推測，在中央空調冷卻水系統中的商業化應用還有待評估。

　　(4)生物噬菌技術

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

　　02、非殺滅控制技術

　　微濾超濾法的優點在于其不需在水系統內加入化學物質，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、過濾器可能產生其他種類的細菌等。

　　生態透析技術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。生態透析持續進行48 d后藻類去除率達到76.9%，對應的嗜肺軍團菌的生物量降低了78.1%。這類技術由于安全環保受到了研究者廣泛的關注。

　　三、軍團菌控制相關的標準制訂目前，發達國家對軍團菌的控制均有一定的規范。美國采暖制冷與空調工程師協會(ASHRAE)發布的行業標準(ASHRAE Guideline 12-2000)對建筑物內如中央空調系統中軍團菌的生長傳播控制進行了詳細說明。美國職業安全和健康署(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≤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年為了控制和預防歐盟成員國爆發軍團病，歐洲軍團菌感染工作組(EWGLI)與歐洲疾病預防控制中心(ECDC)合作，并將其更名為歐洲軍團病監測網絡(ELDS Net)，這是目前國際上比較完善的軍團病監測網絡，2017年6月ECDC發布了關于軍團菌感染的預防控制和調查的歐洲技術準則，其中對冷卻塔中微生物數量及采取的相應措施作了規定(30 ℃，培養時間≥48 h)，見表1。

　　表1 冷卻塔中微生物數量及采取的相應措施的規定

　　澳大利亞也制訂了相關標準——Legionella Control in Air Conditioning Units and Cooling Towers，該標準認為單純采用水中軍團菌數量來作為評價軍團病爆發的可能性還存在諸多局限，推薦采用總菌數(TBC)來作為評價指標。國際上接受美國疾病預防控制中心(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。

　　我國衛生部2012年9月發布了《公共場所集中空調通風系統衛生規范》(WS 394—2012)，其中對空調系統的冷卻水、冷凝水中嗜肺軍團菌數的規定是：200 mL取樣，不得檢出。2013年12月衛生部又發布了國家標準《公共場所衛生檢驗方法第5部分：集中空調通風系統》(GB/T 18204.5—2013)，其中規定了用培養法定性測定空調系統冷卻水、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標準》(HG/T 4323—2012)規定了循環冷卻水中軍團菌的檢測與計數方法。

　　4、存在問題與展望一直以來，中央空調冷卻水系統中軍團菌控制技術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，結果發現，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空氣傳播吸入肺部而使人類感染。該控制技術主要存在的缺陷是：含氯、溴的氧化性殺菌劑只能殺滅水體中浮游微生物，當軍團菌藏匿于原蟲、生物膜內時，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，并將軍團病的爆發歸因于生物膜。因此，防止生物膜的形成和根除不同環境下生物膜的方法至關重要，而消除或控制人工水環境中的藻類、生物膜、泥砂沉積物和原生動物等可能是控制軍團菌的關鍵步驟。除了研究直接消滅軍團菌的控制方法，還應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境，通過控制藻類生長(軍團菌的營養源)，鈍化阿米巴蟲的活性，驅散生物膜和垢瘤(軍團菌的棲身處)，重點開發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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