2020年消毒剂氯片生产厂家中央空调冷却水系统中军团菌控制技术的研究进展

　　2020年消毒剂氯片生产厂家中央空调冷却水系统中军团菌控制技术的研究进展

　　2020年鹅卵石滤料厂家中央空调冷却水系统中军团菌控制技术的研究进展。本文结合军团菌存活的条件和中央空调冷却水系统的特点，分析了中央空调冷却水系统中有利于军团菌生长的因素。综述了中央空调冷却水系统中军团菌的控制技术以及国内外在军团菌控制中的标准制订。从控制效果和安全环保等方面总结了目前技术的不足，提出了一种新的军团菌控制途径。

　　军团菌是一种革兰氏阴性菌，浅红色的短杆菌，直径0.3~0.5 μm，长约1.2~5 μm或更长，菌体一端有鞭毛。现已发现50个种，70多个血清型，至少有20个种可引起人感染，引发特殊的肺炎，称为军团病。饮用受污染的水或者人与人之间的接触不会引起军团病，但是通过呼吸道雾化吸入受污染的水珠或冰珠会引起军团病，其具有病程进展快、病死率高、易爆发流行的特点，尤其在免疫抑制患者和有基础疾病的患者中，爆发流行的可能性更大、病死率更高。

　　随着人们对中央空调的需求日益加大，大型医院、商场、酒店、写字楼、车站、飞机场等人员密集场所均有中央空调冷却水系统。近年来在汕头口岸中央空调系统、惠州市公共场所集中空调系统、上海市金山区集中空调冷却水、新疆克拉玛依市独山子区公共场所集中空调冷却塔、深圳市南山区公共场所集中空调冷却塔、天津空港口岸中央空调冷却塔中均检测出军团菌。一旦军团菌通过气溶胶、空气形成交叉污染，极有可能引起人群感染，有区域性爆发流行军团病的危险。因此，实现对中央空调冷却水系统中军团菌的有效控制，对社会健康安全具有重要意义。

　　本研究对中央空调冷却水系统中有利于军团菌生长的因素进行了分析，综述了中央空调冷却水系统中军团菌的控制技术及国内外在军团菌控制中的标准制订，对传统控制技术存在的问题进行了总结，并提出了一种新的控制途径。

　　一、有利于军团菌生长的因素军团菌在温度适宜(理想温度是25~42 ℃)、含氧量较大和养分充足的环境中容易生长繁殖。在中央空调冷却水体中，水温基本都在30~35 ℃，无机离子和有机营养物质的浓度很高，利于军团菌的滋生与繁殖。而且这些水体中经常产生沉淀、生物膜(即生物黏泥)和过多的有机物，进而产生藻类、细菌及原虫，而由这些构成的共生关系为军团菌提供了源源不断的养料。

　　中央空调冷却水系统中军团菌的营养源关系见图1。

　　图1 中央空调冷却水系统中军团菌的营养源关系

　　由图1可知，冷却塔的阳光与水既是产生藻类的必要条件，又可为藻类进行光合作用生产有机物，提供用之不完的能源和基础材料;有机物可为阿米巴等原生动物、军团菌和其他细菌提供食源;细菌既是有机物的消费者，又是阿米巴等原生动物和军团菌所需营养的生产者;阿米巴等原生动物虽处于较高生态位，是有机物、细菌的消费者，但又可以为军团菌的大量生长繁殖捕捉、聚集其所需的各种营养，从某种意义上说是军团菌所需营养的提供者。

　　显而易见，在空调冷却水这个军团菌人工水生环境的生态系统中，由此构成的生态系统没有限制因子，所以在该生态环境中军团菌可以大量生长繁殖，空调冷却水系统成了军团菌的理想生存环境和潜在传播源。在系统内，军团菌主要有3种存在方式：(1)以个体的形式，自由存在于水里面;(2)寄生于一些原生动物如阿米巴虫里面。原生动物是军团菌的天然宿主，其不仅会为军团菌提供抵御不良环境和增殖的场所，还增强军团菌在哺乳动物细胞中的毒性。(3)藏匿于生物膜内。因沉积物累积所形成的微生态环境，聚集生长了细菌、真菌、原虫和藻类堆积而成的黏泥层，是军团菌(也包括其他细菌)最容易繁殖的场所。美国水处理技术年会(AWT)近几年有关冷却水处理的论文中，超过一半和军团菌以及生物膜有关，并发现生物膜是军团菌的重要藏匿处，90%~99%的细菌存在于生物膜中，而不在水体中。军团菌更喜欢生物膜这样的保护性环境，可以帮助军团菌抵抗外界的恶劣环境，如高浓度的氯消毒，形成附着式生长。

　　美国蒙大拿州立大学的生物膜工程研究中心(CBE)对生物膜的特性及本质展开了深度的研究。简要来说，生物膜会在以下条件下产生：(1)必要的停泊点;(2)养分物质;(3)适当的水温。这些条件会存在于冷却水塔或者流速较慢的系统管道内：因为较低的流速不会影响生物膜的停泊和生长。中央空调冷却水系统中易产生军团菌的部位包括冷却塔的塔池、填料、喷头、收水器、风扇、系统管线死角、吸水井等。

　　二、、军团菌的控制技术

杀灭控制技术包括化学杀菌、物理杀菌、生物噬菌技术;非杀灭控制技术包括微滤超滤法、生态透析技术。

　　01、杀灭控制技术

　　(1)化学杀菌剂

　　化学杀菌剂主要有氧化性和非氧化性两大类杀菌剂，目前在中央空调冷却水系统中的应用最多。

　　在使用的氧化性杀菌剂中，卤素及其化合物占有较高的比例，其中尤以含氯制剂最多，包括氯气(Cl2)、二氧化氯(ClO2)、氯胺(NH2Cl)、次氯酸盐〔NaClO、Ca(ClO)2等〕、氯代异氰酸酯等。

　等采用彻底清洗空调系统中冷凝器和冷却盘的方法，用含有效氯1 000~2 000 mg/L的消毒液喷洒消毒30 min，可使冷凝水和冷却水中无存活军团菌检出。Zhe Zhang等的研究表明，使用ClO2可以显著降低医院内免疫力低下人员患上军团菌病的风险。除了含卤制剂外，臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)等氧化性杀菌剂对军团菌也能起到有效的杀灭作用。E. L. Domingue等发现臭氧灭活军团菌比Cl2和H2O2更有效，投加0.3~1 mg/L O3在5 min内灭活率达到99%，而达到同样的灭活效果，Cl2和H2O2则需要30 min。

　　某些非氧化性杀菌剂，如DBNPA、异噻唑啉酮、戊二醛和季铵盐对军团菌的杀灭效果较好。王玲等使用复合季铵盐200 mg/L与体积分数1.5%乙醇组成的防锈型空调消毒液，对嗜肺军团菌具有良好的杀灭效果，pH偏酸性对其杀菌效果有影响。蔡怡珊等研究表明，季铵盐消毒剂和含氯消毒剂均在较低浓度下能有效杀灭悬液内嗜肺军团菌，对不锈钢基本无腐蚀性。此外，田忠梅等发现一种新型胍类消毒剂水溶液对悬液内嗜肺军团菌具有较好的杀灭效果。C. W. Chang等从土肉桂中提抽的肉桂油也被证明是一种有效的军团菌抗菌物。

　　化学杀菌剂大多具有腐蚀管道及污染环境的弊病。从实践应用来说，非氧化性杀菌剂不如氧化性杀菌剂的效果好，在中央空调冷却水系统中商业化应用得较多的是含氯、溴的氧化性杀菌剂，有些系统采用的是含氯、溴氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂交替使用的方案，非氧化性杀生剂采用长时间、低浓度的投加;氧化性杀生剂采用间断和冲击式投加的方法控制水体军团菌的生长。

　　(2)物理杀菌

　　物理杀菌主要包括加热控制法、铜/银离子法、紫外(UV)法、电脉冲或超声波法等。

　　加热控制法依靠的是高温杀菌，只要将水温保持在50 ℃以上军团菌就不可能发展，而且在数小时内就会被完全地消灭。C. W. Chang等的研究表明，加热能破坏军团菌的膜细胞。铜/银离子能改变细菌组织结构的渗透性从而导致菌体失活。D. S. Blanc等的研究表明，铜/银离子可以有效控制热水和冷水中的军团菌。周卓为等研究表明，铜/银离子协同氯离子，比单独铜/银离子对军团菌的杀灭效果更好。M. Triassi等研究表明，通过紫外杀菌法对水体中的军团菌进行消毒也能起到一定的效果。电脉冲或超声波法具有杀菌效力主要是由其产生的空化作用所引起的，P. Declerck等的研究表明，超声波具有应用于控制水系统中军团菌的潜力。

　　在物理杀菌控制技术中，加热控制法主要应用于热水系统，而其他控制技术大都还处于试验阶段，实际应用于中央空调冷却水系统的并不多，主要因为这些技术存在一定的缺点，如铜/银离子法的使用成本太高;紫外杀菌法只能对流经紫外灯附近小范围内的水起杀菌作用;超声波法的处理量有限，而且无法有效控制军团菌的再生。

　　(3)物理化学杀菌

　　物理化学杀菌主要包括光催化法、微电解法、电化学控制法等。

　　光催化过程具有强氧化性，对大多数细菌都有很强的杀伤力，Y. W. Cheng等使用光催化氧化使得军团菌菌株失活。李涛等使用光催化水处理器处理24 h后水样中军团菌由阳性变为未检出，达到消毒效果。微电解作用对大肠杆菌等一般性细菌的杀灭效果是相当理想的，郑惠东等发现低压高频电解水可以有效杀灭中央空调冷却循环水中嗜肺军团菌。G. Cossali等的电化学装置可以有效控制热水供应系统内的军团菌。夏静将电化学技术应用于军团菌的控制，研究其杀菌主导机制为：电极表面的电子转移→生成活性杀菌物质→杀菌物质对微生物灭活。

　　物理化学杀菌对军团菌的控制只是近些年的研究成果，机理尚不完全被掌握。光催化氧化杀菌存在光能利用率低、催化剂难回收等缺点，但其反应条件温和、而且非常清洁，是一种有潜力的军团菌控制技术。电解消毒效果受pH及水硬度的影响，pH高或水硬度高其杀菌效果就不好，限制了其应用范围。电化学技术控制军团菌的研究多集中在关键参数与杀菌效果之间的探讨，对内在作用机理的探索也多为推测，在中央空调冷却水系统中的商业化应用还有待评估。

　　(4)生物噬菌技术

　　生物噬菌技术是利用一种叫“噬菌体”的细菌病毒吃掉细菌。这一技术避免了化学、物理杀菌法常见的腐蚀管道及污染环境的弊病，是一种理想的绿色环保型消除军团菌的方法，但是成本较高。

　　02、非杀灭控制技术

　　微滤超滤法的优点在于其不需在水系统内加入化学物质，能过滤小于1 μm的微粒。但是其存在一定的局限性，如成本高、过滤器易污堵而降低其效果、过滤器可能产生其他种类的细菌等。

　　生态透析技术对被军团菌寄生的宿主——藻类具有降解作用，因而藻类的去除便削减了军团菌的庇护所，从而在一定程度上控制了冷却水中军团菌的增殖。生态透析持续进行48 d后藻类去除率达到76.9%，对应的嗜肺军团菌的生物量降低了78.1%。这类技术由于安全环保受到了研究者广泛的关注。

　　三、军团菌控制相关的标准制订目前，发达国家对军团菌的控制均有一定的规范。美国采暖制冷与空调工程师协会(ASHRAE)发布的行业标准(ASHRAE Guideline 12-2000)对建筑物内如中央空调系统中军团菌的生长传播控制进行了详细说明。美国职业安全和健康署(OSHA)公布并推荐了佐治亚州Pathcon微生物实验室提出的冷却塔水中军团菌浓度应≤100 mL-1;日本厚生劳动省对冷却水中军团菌制订的标准为≤100 mL-1。2010年为了控制和预防欧盟成员国爆发军团病，欧洲军团菌感染工作组(EWGLI)与欧洲疾病预防控制中心(ECDC)合作，并将其更名为欧洲军团病监测网络(ELDS Net)，这是目前国际上比较完善的军团病监测网络，2017年6月ECDC发布了关于军团菌感染的预防控制和调查的欧洲技术准则，其中对冷却塔中微生物数量及采取的相应措施作了规定(30 ℃，培养时间≥48 h)，见表1。

　　表1 冷却塔中微生物数量及采取的相应措施的规定

　　澳大利亚也制订了相关标准——Legionella Control in Air Conditioning Units and Cooling Towers，该标准认为单纯采用水中军团菌数量来作为评价军团病爆发的可能性还存在诸多局限，推荐采用总菌数(TBC)来作为评价指标。国际上接受美国疾病预防控制中心(CDC)推荐的控制指标，认为水样中测得了军团菌就应予以重视并采取措施：>100 mL-1，即存在大量军团菌;10~100 mL-1，即存在军团菌;<10 mL-1，即存在少量军团菌。

　　我国卫生部2012年9月发布了《公共场所集中空调通风系统卫生规范》(WS 394—2012)，其中对空调系统的冷却水、冷凝水中嗜肺军团菌数的规定是：200 mL取样，不得检出。2013年12月卫生部又发布了国家标准《公共场所卫生检验方法第5部分：集中空调通风系统》(GB/T 18204.5—2013)，其中规定了用培养法定性测定空调系统冷却水、冷凝水及其形成的沉积物、软泥等样品中的嗜肺军团菌。《中华人民共和国化工行业标准》(HG/T 4323—2012)规定了循环冷却水中军团菌的检测与计数方法。

　　4、存在问题与展望一直以来，中央空调冷却水系统中军团菌控制技术的研究主要集中在如何消灭军团菌，并采用各种不同的方法进行研究，结果发现，含氯、溴的氧化性杀菌剂对军团菌的杀灭效果较好。但是，一旦军团菌与藻类、原生动物形成生物膜，在生物膜的保护下，杀菌消毒措施往往控制不住军团菌的繁殖，等到军团菌生长繁殖到一定浓度，再以气溶胶为载体经空气传播吸入肺部而使人类感染。该控制技术主要存在的缺陷是：含氯、溴的氧化性杀菌剂只能杀灭水体中浮游微生物，当军团菌藏匿于原虫、生物膜内时，杀菌剂达到不了作用部位而无法达到杀灭效果或者需要非常高的药剂浓度，不但浪费药剂，溴、氯等有害物还会破坏环境。

　　近年来，国外的研究大量报道生物膜是军团菌的重要藏匿处，并将军团病的爆发归因于生物膜。因此，防止生物膜的形成和根除不同环境下生物膜的方法至关重要，而消除或控制人工水环境中的藻类、生物膜、泥砂沉积物和原生动物等可能是控制军团菌的关键步骤。除了研究直接消灭军团菌的控制方法，还应该开辟一种新的控制途径，即从源头上消除军团菌赖以生存的环境，通过控制藻类生长(军团菌的营养源)，钝化阿米巴虫的活性，驱散生物膜和垢瘤(军团菌的栖身处)，重点开发具有较强渗透性和剥离生物黏泥的药剂再配合杀菌消毒的控制方法，相信在不久的将来必然攻克“无法有效控制军团菌”这一难题。

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