细菌生物膜监测

编著：屈力华 （北京因斯泰克自动化技术有限公司）

1.        什么是细菌生物膜

细菌生物膜是由吸附于物体表面的自由浮游细菌及其所分泌的多聚物所构成的复杂结构。细菌生物膜可以在任何水系统中生长，但更喜欢在潮湿的、有空气循环流通的、有营养物的环境中生长。

当细菌生物膜生长时，它能够创造一个不同于水系统的非常小范围的生存环境。由于细菌生物膜这种能够形成微环境的能力，因此细菌生物膜常常造成腐蚀和污染。

如果附着于物体表面的细菌不是马上离开其表面，就会吸引更多的细菌加入、拓展、生长成细菌生物膜。细菌、真菌和其它生物体就在细菌生物膜里繁殖和生长。如果细菌生物膜大量生长，可能形成一个热绝缘体，使一个热交换系统减少热传递，例如在热交换器里。

2.        通常水系统的消毒状态

不同的流程对供水系统中细菌的允许值要求不同。例如，对于免疫功能低下的病人，为了避免其受军团杆菌感染，医院的供水系统（包括饮用水、洗浴用水等）就必须要严格监测、强制执行消毒剂加药过程，不允许细菌存在。而对于冷却水塔，就可能对细菌的允许值稍大一些，但是依然要加药控制细菌数量。加药方案可以包括液氯、臭氧、液溴及二氧化氯等氧化消毒剂及非氧化消毒剂等。

为了监测消毒剂投加后的效果，通常采取在线监测或者取样检测。监测的目的是为了确保在供水系统里有消毒剂的剩余量，通常认为只要在水里有消毒剂剩余量，供水系统就是无菌的了。取样检测也可以检测细菌数量，但通常需要几天才能出结果。

大多数供水系统由于采取了控制细菌数量在可接受的水平，因而是相对安全、无需担忧细菌造成的风险。那么依然存在的问题是什么呢？

问题是当绝大多数供水系统是安全和管理完善的，也监测到水系统里有剩余量的消毒剂，因而认为水系统是无菌的，每年却依然有许多人由于供水系统中生长的细菌生物膜而致病甚至死亡。原因在于细菌生物膜可以有效地保护其内部细菌免于水中消毒剂的作用。

3.  细菌生物膜的影响

细菌生物膜的生命周期有五个阶段：1. 调节膜形成；2.细菌可逆性附着；3.细菌不可逆性粘附；4细菌繁殖；5.细菌播散。

细菌生物膜生命周期的zui后阶段是播散，大量细菌从菌膜里扩散出来。在这个阶段，细菌传播到水系统的其它地方。扩散出来的细菌，例如军团杆菌，在水中扩散，随着水滴、飞沫传播，使人吸入而感染军团病。

根据美国疾病防治中心CDC（ Centers for Disease Control）的统计，65%的人类细菌性感染都与细菌生物膜形成有关。细菌生物膜广泛存在于自然界，但也很容易在工程设备表面及医疗器械表面形成。由于细菌生物膜内的细菌具有比浮游状态的同种细菌高达1000 倍的抗药性，有害菌的生物膜可以导致严重的抗药性感染及难以控制的设备腐蚀。食品工业的原物料、食品加工机械表面和管道内以及生产环境当中也很容易出现细菌生物膜，特别是细菌生物膜的特殊结构可以使其耐受消毒剂的作用而得以残存，进而可以再次污染食品，如果是病原菌的话，可造成极大的食品安全隐患。

4.  监测细菌生物膜的解决方案

对于供水系统中细菌生物膜的检测，以前没有即经济、可靠，又可以在线实时监测的仪器，因而供水系统的用户就不可能有安全感。为了防止细菌生物膜的产生，控制其危害，只有对供水系统过量加药，唯恐量小不足以消灭细菌生物膜。如此势必增加了供水系统消毒成本（增加了化学品），又对环境造成影响。

? 现在有了一个经济、可靠，可实时监测细菌生物膜的解决方案 - 美国Chemtrac公司的在线细菌生物膜监测仪HydroACT Biofilm。它能够在线实时监测细菌生物膜的生长状态，优化消毒剂的投加，及时控制细菌生物膜的生长，是具有高性价比的解决方案。

5.  Biofilm 传感器的工作原理

Biofilm 传感器由一只环绕着多圈电极的探头组成，探头即可以插入供水系统中细菌生物膜zui喜欢生成的地点，也可以安装在旁路的过流单元里。传感器连接的HydroACT分析仪周期性地提供一电压给传感器，在电极表面形成一个适于细菌附着的环境，促进细菌生物膜生长。因此，如果细菌生物膜有可能在这个供水系统里生长，那么它们应该优先在传感器的表面上生长。

HydroACT分析仪检测Biofilm探头电极间的电流，当细菌生物膜建立时，电流信号值便会增加，分析仪会将传感器的电流信号值转换成%“risk”。不同的用户对细菌生物膜的risk的允许值要求不同，Biofilm传感器的灵敏度是可以调节的。

Biofilm传感器对细菌生物膜的有效监测与信号反馈，使得HydroACT分析仪控制消毒剂投加的有效性变成可能。HydroACT Biofilm既能够控制消毒剂的优化投加，也可以作为人工投加消毒剂后消毒效果的检测评估，即控制了细菌生物膜的生长又减少了对系统消毒剂的过量投加，可大大节省运营成本。

Chemtrac的在线细菌生物膜监测仪应用了目前zui先进的监测细菌生物膜形成的技术 – BIoGEORGE，其技术的可靠性已经长时间的应用证明。HydroACT Biofilm可以应用在任何有细菌生物膜生长的水系统。

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