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細(xì)菌生物膜監(jiān)測(cè)

編著：屈力華 （北京因斯泰克自動(dòng)化技術(shù)有限公司）

1.        什么是細(xì)菌生物膜

細(xì)菌生物膜是由吸附于物體表面的自由浮游細(xì)菌及其所分泌的多聚物所構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。細(xì)菌生物膜可以在任何水系統(tǒng)中生長，但更喜歡在潮濕的、有空氣循環(huán)流通的、有營養(yǎng)物的環(huán)境中生長。

當(dāng)細(xì)菌生物膜生長時(shí)，它能夠創(chuàng)造一個(gè)不同于水系統(tǒng)的非常小范圍的生存環(huán)境。由于細(xì)菌生物膜這種能夠形成微環(huán)境的能力，因此細(xì)菌生物膜常常造成腐蝕和污染。

如果附著于物體表面的細(xì)菌不是馬上離開其表面，就會(huì)吸引更多的細(xì)菌加入、拓展、生長成細(xì)菌生物膜。細(xì)菌、真菌和其它生物體就在細(xì)菌生物膜里繁殖和生長。如果細(xì)菌生物膜大量生長，可能形成一個(gè)熱絕緣體，使一個(gè)熱交換系統(tǒng)減少熱傳遞，例如在熱交換器里。

2.        通常水系統(tǒng)的消毒狀態(tài)

不同的流程對(duì)供水系統(tǒng)中細(xì)菌的允許值要求不同。例如，對(duì)于免疫功能低下的病人，為了避免其受軍團(tuán)桿菌感染，醫(yī)院的供水系統(tǒng)（包括飲用水、洗浴用水等）就必須要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)、強(qiáng)制執(zhí)行消毒劑加藥過程，不允許細(xì)菌存在。而對(duì)于冷卻水塔，就可能對(duì)細(xì)菌的允許值稍大一些，但是依然要加藥控制細(xì)菌數(shù)量。加藥方案可以包括液氯、臭氧、液溴及二氧化氯等氧化消毒劑及非氧化消毒劑等。

為了監(jiān)測(cè)消毒劑投加后的效果，通常采取在線監(jiān)測(cè)或者取樣檢測(cè)。監(jiān)測(cè)的目的是為了確保在供水系統(tǒng)里有消毒劑的剩余量，通常認(rèn)為只要在水里有消毒劑剩余量，供水系統(tǒng)就是無菌的了。取樣檢測(cè)也可以檢測(cè)細(xì)菌數(shù)量，但通常需要幾天才能出結(jié)果。

大多數(shù)供水系統(tǒng)由于采取了控制細(xì)菌數(shù)量在可接受的水平，因而是相對(duì)安全、無需擔(dān)憂細(xì)菌造成的風(fēng)險(xiǎn)。那么依然存在的問題是什么呢？

問題是當(dāng)絕大多數(shù)供水系統(tǒng)是安全和管理完善的，也監(jiān)測(cè)到水系統(tǒng)里有剩余量的消毒劑，因而認(rèn)為水系統(tǒng)是無菌的，每年卻依然有許多人由于供水系統(tǒng)中生長的細(xì)菌生物膜而致病甚至死亡。原因在于細(xì)菌生物膜可以有效地保護(hù)其內(nèi)部細(xì)菌免于水中消毒劑的作用。

3.  細(xì)菌生物膜的影響

細(xì)菌生物膜的生命周期有五個(gè)階段：1. 調(diào)節(jié)膜形成；2.細(xì)菌可逆性附著；3.細(xì)菌不可逆性粘附；4細(xì)菌繁殖；5.細(xì)菌播散。

細(xì)菌生物膜生命周期的zui后階段是播散，大量細(xì)菌從菌膜里擴(kuò)散出來。在這個(gè)階段，細(xì)菌傳播到水系統(tǒng)的其它地方。擴(kuò)散出來的細(xì)菌，例如軍團(tuán)桿菌，在水中擴(kuò)散，隨著水滴、飛沫傳播，使人吸入而感染軍團(tuán)病。

根據(jù)美國疾病防治中心CDC（ Centers for Disease Control）的統(tǒng)計(jì)，65%的人類細(xì)菌性感染都與細(xì)菌生物膜形成有關(guān)。細(xì)菌生物膜廣泛存在于自然界，但也很容易在工程設(shè)備表面及醫(yī)療器械表面形成。由于細(xì)菌生物膜內(nèi)的細(xì)菌具有比浮游狀態(tài)的同種細(xì)菌高達(dá)1000 倍的抗藥性，有害菌的生物膜可以導(dǎo)致嚴(yán)重的抗藥性感染及難以控制的設(shè)備腐蝕。食品工業(yè)的原物料、食品加工機(jī)械表面和管道內(nèi)以及生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)中也很容易出現(xiàn)細(xì)菌生物膜，特別是細(xì)菌生物膜的特殊結(jié)構(gòu)可以使其耐受消毒劑的作用而得以殘存，進(jìn)而可以再次污染食品，如果是病原菌的話，可造成極大的食品安全隱患。

4.  監(jiān)測(cè)細(xì)菌生物膜的解決方案

對(duì)于供水系統(tǒng)中細(xì)菌生物膜的檢測(cè)，以前沒有即經(jīng)濟(jì)、可靠，又可以在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的儀器，因而供水系統(tǒng)的用戶就不可能有安全感。為了防止細(xì)菌生物膜的產(chǎn)生，控制其危害，只有對(duì)供水系統(tǒng)過量加藥，唯恐量小不足以消滅細(xì)菌生物膜。如此勢(shì)必增加了供水系統(tǒng)消毒成本（增加了化學(xué)品），又對(duì)環(huán)境造成影響。

? 現(xiàn)在有了一個(gè)經(jīng)濟(jì)、可靠，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)菌生物膜的解決方案 - 美國Chemtrac公司的在線細(xì)菌生物膜監(jiān)測(cè)儀HydroACT Biofilm。它能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)菌生物膜的生長狀態(tài)，優(yōu)化消毒劑的投加，及時(shí)控制細(xì)菌生物膜的生長，是具有高性價(jià)比的解決方案。

5.  Biofilm 傳感器的工作原理

Biofilm 傳感器由一只環(huán)繞著多圈電極的探頭組成，探頭即可以插入供水系統(tǒng)中細(xì)菌生物膜zui喜歡生成的地點(diǎn)，也可以安裝在旁路的過流單元里。傳感器連接的HydroACT分析儀周期性地提供一電壓給傳感器，在電極表面形成一個(gè)適于細(xì)菌附著的環(huán)境，促進(jìn)細(xì)菌生物膜生長。因此，如果細(xì)菌生物膜有可能在這個(gè)供水系統(tǒng)里生長，那么它們應(yīng)該優(yōu)先在傳感器的表面上生長。

HydroACT分析儀檢測(cè)Biofilm探頭電極間的電流，當(dāng)細(xì)菌生物膜建立時(shí)，電流信號(hào)值便會(huì)增加，分析儀會(huì)將傳感器的電流信號(hào)值轉(zhuǎn)換成%“risk”。不同的用戶對(duì)細(xì)菌生物膜的risk的允許值要求不同，Biofilm傳感器的靈敏度是可以調(diào)節(jié)的。

Biofilm傳感器對(duì)細(xì)菌生物膜的有效監(jiān)測(cè)與信號(hào)反饋，使得HydroACT分析儀控制消毒劑投加的有效性變成可能。HydroACT Biofilm既能夠控制消毒劑的優(yōu)化投加，也可以作為人工投加消毒劑后消毒效果的檢測(cè)評(píng)估，即控制了細(xì)菌生物膜的生長又減少了對(duì)系統(tǒng)消毒劑的過量投加，可大大節(jié)省運(yùn)營成本。

Chemtrac的在線細(xì)菌生物膜監(jiān)測(cè)儀應(yīng)用了目前的監(jiān)測(cè)細(xì)菌生物膜形成的技術(shù) – BIoGEORGE，其技術(shù)的可靠性已經(jīng)長時(shí)間的應(yīng)用證明。HydroACT Biofilm可以應(yīng)用在任何有細(xì)菌生物膜生長的水系統(tǒng)。