細菌生物膜監測

編著：屈力華 （北京因斯泰克自動化技術有限公司）

1.        什么是細菌生物膜

細菌生物膜是由吸附于物體表面的自由浮游細菌及其所分泌的多聚物所構成的復雜結構。細菌生物膜可以在任何水系統中生長，但更喜歡在潮濕的、有空氣循環流通的、有營養物的環境中生長。

當細菌生物膜生長時，它能夠創造一個不同于水系統的非常小范圍的生存環境。由于細菌生物膜這種能夠形成微環境的能力，因此細菌生物膜常常造成腐蝕和污染。

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

2.        通常水系統的消毒狀態

不同的流程對供水系統中細菌的允許值要求不同。例如，對于免疫功能低下的病人，為了避免其受軍團桿菌感染，醫院的供水系統（包括飲用水、洗浴用水等）就必須要嚴格監測、強制執行消毒劑加藥過程，不允許細菌存在。而對于冷卻水塔，就可能對細菌的允許值稍大一些，但是依然要加藥控制細菌數量。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。

為了監測消毒劑投加后的效果，通常采取在線監測或者取樣檢測。監測的目的是為了確保在供水系統里有消毒劑的剩余量，通常認為只要在水里有消毒劑剩余量，供水系統就是無菌的了。取樣檢測也可以檢測細菌數量，但通常需要幾天才能出結果。

大多數供水系統由于采取了控制細菌數量在可接受的水平，因而是相對安全、無需擔憂細菌造成的風險。那么依然存在的問題是什么呢？

問題是當絕大多數供水系統是安全和管理完善的，也監測到水系統里有剩余量的消毒劑，因而認為水系統是無菌的，每年卻依然有許多人由于供水系統中生長的細菌生物膜而致病甚至死亡。原因在于細菌生物膜可以有效地保護其內部細菌免于水中消毒劑的作用。

3.  細菌生物膜的影響

細菌生物膜的生命周期有五個階段：1. 調節膜形成；2.細菌可逆性附著；3.細菌不可逆性粘附；4細菌繁殖；5.細菌播散。

細菌生物膜生命周期的zui后階段是播散，大量細菌從菌膜里擴散出來。在這個階段，細菌傳播到水系統的其它地方。擴散出來的細菌，例如軍團桿菌，在水中擴散，隨著水滴、飛沫傳播，使人吸入而感染軍團病。

根據美國疾病防治中心CDC（ Centers for Disease Control）的統計，65%的人類細菌性感染都與細菌生物膜形成有關。細菌生物膜廣泛存在于自然界，但也很容易在工程設備表面及醫療器械表面形成。由于細菌生物膜內的細菌具有比浮游狀態的同種細菌高達1000 倍的抗藥性，有害菌的生物膜可以導致嚴重的抗藥性感染及難以控制的設備腐蝕。食品工業的原物料、食品加工機械表面和管道內以及生產環境當中也很容易出現細菌生物膜，特別是細菌生物膜的特殊結構可以使其耐受消毒劑的作用而得以殘存，進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.  監測細菌生物膜的解決方案

對于供水系統中細菌生物膜的檢測，以前沒有即經濟、可靠，又可以在線實時監測的儀器，因而供水系統的用戶就不可能有安全感。為了防止細菌生物膜的產生，控制其危害，只有對供水系統過量加藥，唯恐量小不足以消滅細菌生物膜。如此勢必增加了供水系統消毒成本（增加了化學品），又對環境造成影響。

? 現在有了一個經濟、可靠，可實時監測細菌生物膜的解決方案 - 美國Chemtrac公司的在線細菌生物膜監測儀HydroACT Biofilm。它能夠在線實時監測細菌生物膜的生長狀態，優化消毒劑的投加，及時控制細菌生物膜的生長，是具有高性價比的解決方案。

5.  Biofilm 傳感器的工作原理

Biofilm 傳感器由一只環繞著多圈電極的探頭組成，探頭即可以插入供水系統中細菌生物膜zui喜歡生成的地點，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適于細菌附著的環境，促進細菌生物膜生長。因此，如果細菌生物膜有可能在這個供水系統里生長，那么它們應該優先在傳感器的表面上生長。

HydroACT分析儀檢測Biofilm探頭電極間的電流，當細菌生物膜建立時，電流信號值便會增加，分析儀會將傳感器的電流信號值轉換成%“risk”。不同的用戶對細菌生物膜的risk的允許值要求不同，Biofilm傳感器的靈敏度是可以調節的。

Biofilm傳感器對細菌生物膜的有效監測與信號反饋，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化投加，也可以作為人工投加消毒劑后消毒效果的檢測評估，即控制了細菌生物膜的生長又減少了對系統消毒劑的過量投加，可大大節省運營成本。

Chemtrac的在線細菌生物膜監測儀應用了目前的監測細菌生物膜形成的技術 – BIoGEORGE，其技術的可靠性已經長時間的應用證明。HydroACT Biofilm可以應用在任何有細菌生物膜生長的水系統。