紫外線殺滅軍團菌在集中熱水供應(yīng)中的應(yīng)用

文/朱志強 梅州市碧桂園房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 廣東梅州 514021

1、前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，公共熱水系統(tǒng)被越來越多的建筑所采用。我國公共建筑熱水系統(tǒng)主要采用集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)，但因管網(wǎng)老化、銹蝕、水溫不均、管道中水流有死角等原因，熱水供應(yīng)系統(tǒng)存在很大的軍團菌爆發(fā)的風險，對人的身體健康產(chǎn)生極大的威脅。

我國公共建筑熱水系統(tǒng)主要采用容積式換熱器對市政給水進行加熱，然后供給用戶的集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)，如賓館、醫(yī)院、公共浴室等，均采用這種供熱方式。但水加熱后，水中余氯減少，降低了水的生物穩(wěn)定性，提高了細菌滋生的風險，尤其是與熱水密切相關(guān)的軍團菌，使水質(zhì)安全受到威脅。日本1992年對建筑內(nèi)熱水軍團菌狀況進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)集中式供熱水水溫在41℃～55℃，余氯量不超過0.1mg/L，甚至為零。此時軍團菌陽性率達12.5%[1]。劉洪亮[2]對天津市主要三星級以上賓館的淋浴噴頭進行檢測，軍團菌陽性率為11.8%，而威脅人類身體健康的嗜肺軍團菌的檢出率為17.65%。張越明等[3]對銀川市20家賓館的洗澡熱水進行檢測，軍團菌的檢出率為15%。同時很多調(diào)查顯示醫(yī)院熱水供應(yīng)系統(tǒng)中也經(jīng)常檢出嗜肺軍團菌。所以我們應(yīng)該提高集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的水質(zhì)，降低公共建筑熱水系統(tǒng)中軍團菌滋生的風險。

2、軍團菌概述

2.1 分布及危害

軍團菌是一種革蘭氏陰性桿菌，廣泛存在于全世界的自然和人工水體，包括各種地表水、地下水、空調(diào)和給水系統(tǒng)之中。可以通過含菌氣溶膠的形式進行傳播，如果被人體吸入體內(nèi)，可以引起軍團菌病。其中嗜肺軍團菌可以引發(fā)全身各個系統(tǒng)功能衰竭。若不及時治療，死亡率很高

2.2 軍團菌生長條件

（1）溫度條件

軍團菌通常的生長溫度為35℃～45℃。《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB50015-2003條文說明：集中供熱的水溫以控制在55℃～60℃之間為好。在此溫度條件下，軍團菌仍然可以存活，而且在實際工程中，管道系統(tǒng)中難免會出現(xiàn)水流的死角，從而使溫度不能達到規(guī)范的要求，使軍團菌有滋生爆發(fā)的可能。

（2）營養(yǎng)狀況[4]

多數(shù)研究認為，氨基酸是對軍團菌生長繁殖最為重要的營養(yǎng)物質(zhì)。水廠處理后的生活給水后，又經(jīng)過較長距離的輸水管線才能到達用戶，同時在清水池、水箱、容積式換熱器中水的停留時間較長，水的流速幾乎為零，水質(zhì)在此過程中面臨二次污染的風險，使水中生物可同化有機碳（AOC）增加，各種細菌和軍團菌出現(xiàn)的可能增大。

（3）其他條件

軍團菌也需要附著在顆粒物質(zhì)表面，以生物膜的方式進行生長。當管壁結(jié)垢和腐蝕，以及水流緩慢（如蓄水池死角或管網(wǎng)末梢）時，都會增大軍團菌生長的風險。

熱水系統(tǒng)中水溫較高，鈣鎂離子易形成CaCO3、MgCO3沉淀附著在管壁上，為軍團菌這種耐熱致病菌生長繁殖提供了條件。

2.3 軍團菌病的傳播

軍團菌主要以氣溶膠的形式傳播。通常因含軍團菌的氣溶膠被人吸入而感染。當水溫適當時，在水龍頭及淋浴噴頭，溫水游泳池等處均分離到軍團桿菌[7]。在公共熱水供應(yīng)系統(tǒng)中軍團菌的檢出率較高。所以公共熱水供應(yīng)系統(tǒng)消毒是防治該病流行的重要環(huán)節(jié)。

3、采用紫外線消毒設(shè)備殺滅軍團菌的原因

3.1 紫外線消毒的原理

紫外光指的是波長介于100nm～400nm之間的電磁波。分為：A、B、C、D波段， C波段（275nm～200nm），是消毒處理過程中使用的紫外線波段，因此又稱為滅菌紫外線。

C波段紫外線對細菌、原生動物以及病毒有很強的殺滅作用，是因為這些微生物細胞中的RNA和DNA吸收光譜的最大吸收峰值范圍為240nm～280nm，恰處于C波段紫外線范圍之內(nèi)。在此波段內(nèi)，DNA和RNA中的堿基會強烈吸收紫外線，發(fā)生光化學反應(yīng)，破壞原有的結(jié)構(gòu)，阻止蛋白和酶的合成，從而喪失復(fù)制能力，達到殺菌效果[5]。

3.2 紫外線殺滅軍團菌的優(yōu)勢

（1）紫外線殺滅革蘭氏陰性菌最好，其次是革蘭氏陽性菌，然后是細菌芽胞和真菌孢子[6]。因為軍團菌為革蘭氏陰性菌，所以紫外線的作用時間短，消毒效果好。研究表明：當紫外輻射劑量為30000μW·s/cm2時，只需0.20s便可以100%殺滅革蘭氏陰性嗜肺軍團菌屬，0.1～1s左右的接觸時間，就可以完全殺滅水中的各種細菌病毒。效果極佳且?guī)缀鯖]有選擇性[5]。

（2）無二次污染。加氯消毒最大的不足之處就在于氯離子會與水中的微量有機污染物作用，形成有害的鹵代物。紫外線消毒法消毒過程中，不需添加化學藥劑，不會對水體產(chǎn)生二次污染。同時紫外線的照射可以去除水中的微量苯。

（3）不產(chǎn)生生物免疫力。因為紫外線是通過簡單的物理方法破壞軍團菌的DNA，使其不能復(fù)制，從而殺滅軍團菌，不會產(chǎn)生生物免疫。

（4）紫外線消毒設(shè)備運行穩(wěn)定，組裝靈活，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊占用空間小，可以精確的控制，可以連續(xù)對進水消毒。

（5）運行費用和維護費用低，運行費用主要是電費，以及對燈管定期清洗及配件更換的維護費用。

3.3 集中熱水終端紫外線消毒系統(tǒng)克服紫外線消毒的不足

圖1 紫外線消毒設(shè)備圖

（1）紫外線消毒無持續(xù)殺菌能力，是一種依靠物理化學方法瞬間作用的消毒技術(shù)。因此，紫外線消毒處理的水對后續(xù)的污染沒有任何抵抗能力。并且，紫外線消毒后，DNA還有可能進行修復(fù)，然后復(fù)活。其復(fù)活途徑有光復(fù)活和暗復(fù)活兩類。包括軍團菌在內(nèi)的大多數(shù)細菌都可以光復(fù)活[7]。但光復(fù)活要求有可見光照射，這在熱管網(wǎng)內(nèi)部是不可能的。而很少有細菌可暗復(fù)活，且只要保證足夠的消毒時間，就可以有效防止暗復(fù)活[8]。

熱水系統(tǒng)配水管道的管材一般為薄壁銅管、薄壁不銹鋼管、PPR管、PB管、鋁塑復(fù)合管等，這些管材的透光率很低，且熱水管道一般安裝在管道井內(nèi)，很難見到可見光。在黑暗條件下，6h后紫外線消毒過的水中細菌數(shù)超過規(guī)定值，而在集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，剩余的熱水通過回水系統(tǒng)被循環(huán)泵直接送回換熱器內(nèi)再次加熱后進入熱水配水管網(wǎng)，從而再次經(jīng)過紫外線消毒系統(tǒng)，因而解決了紫外線消毒系統(tǒng)無持續(xù)殺菌能力的難題。同時增加紫外線的消毒劑量，亦可以降低軍團菌光復(fù)活的可能性。當紫外線的劑量達到60mJ/cm2時[9]，革蘭氏陰性的大腸桿菌的光復(fù)活現(xiàn)象沒有了。

（2）穿透能力較差。紫外線波長較短，因此穿透能力較差。當處理水濁度較大時，會對消毒效果造成一定影響。張永吉、劉文君研究表明[10]：當濁度小于4NTU時，對紫外線消毒效果影響較小；而濁度大于4NTU時，會明顯影響紫外線消毒效果。根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB5749-2006規(guī)定，生活飲用水濁度不大于1NTU，集中供熱是把生活飲用水通過換熱器進行加熱后通過熱水配水管網(wǎng)送入用戶，因此水的濁度很低，且熱水管道內(nèi)的額定流量一般為給水管道的一半，管徑較小，所以可以保證紫外線的穿透率。

3.4 紫外線消毒裝置介紹

紫外線消毒系統(tǒng)一般由紫外線燈及鎮(zhèn)流器組成的消毒系統(tǒng)，支架，配電系統(tǒng)，傳感器和控制裝置等構(gòu)成的實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)，及自動清洗系統(tǒng)等組成，紫外線燈是核心部件，把電能轉(zhuǎn)化為紫外線的光能。也可以添加螺旋形葉片或倒流板，改變水流的運動狀態(tài)，防止出現(xiàn)水流死角。

圖2 醫(yī)院和賓館的熱水供應(yīng)流程圖

圖3 醫(yī)院和賓館紫外線設(shè)備安裝示意圖

圖4 公共浴室紫外線設(shè)備安裝示意圖

因為熱水系統(tǒng)是有壓系統(tǒng)，且流量較小，所以紫外線消毒裝置采用封閉式UV消毒器。如圖所示。

為了防止紫外線燈管結(jié)垢而影響紫外線的穿透率，應(yīng)該每3個月通過自動清洗系統(tǒng)或人工對紫外線燈管進行清洗，從而保證紫外線燈管外的石英套管的清潔。同時紫外線燈管等直接與水進行接觸，應(yīng)該做好電器的防水措施。殺菌劑量K是照射強度I和照射時間t的乘積。可以用下式表示：K=It。因此可以通過控制照射強度和照射時間來控制紫外線的殺菌效率。

4、紫外線消毒技術(shù)在集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)終端殺滅軍團菌的應(yīng)用

4.1 醫(yī)院與賓館熱水系統(tǒng)中的軍團菌紫外線消毒

因為醫(yī)院的環(huán)境比較特殊，有利于細菌的生長、繁殖、和傳播。醫(yī)院內(nèi)的人群多數(shù)免疫力低下，所以國內(nèi)外都普遍認為醫(yī)院是軍團菌的高發(fā)區(qū)，因此對醫(yī)院內(nèi)的軍團菌的消毒要給與高度的關(guān)注。醫(yī)院內(nèi)的熱水系統(tǒng)一般為上供下給式，可以在熱水供水系統(tǒng)的每根立管的頂部安裝紫外線消毒設(shè)備如圖3。熱水在到達用戶的終端進行消毒，從而保證用水的可靠性，同時沒有被使用的熱水通過回水管網(wǎng)被循環(huán)水泵輸送到水加熱器中，從新進行加熱，然后進入配水管網(wǎng)，在終端再次被紫外線照射消毒。同時可以在醫(yī)院的中控室內(nèi)在線的控制紫外線的消毒劑量，定期自動對紫外線燈進行清洗。

賓館的熱水供應(yīng)系統(tǒng)與醫(yī)院的基本一致，因此可以采用類似的紫外線消毒的方式來進行軍團菌的消毒，一樣可以取得較好的成果。

4.2 公共浴室的軍團菌消毒

公共浴室（如校園的學生浴室等）由于管網(wǎng)的老化，銹蝕，且管網(wǎng)的溫度分布不均勻，有死角和滯留區(qū)，浴室內(nèi)存在大量的霧化水，人員較多，所以存在軍團菌集中爆發(fā)的危險。同時《公共浴池水質(zhì)標準》（CJ/T325—2010）5.1條溫泉水浴池水質(zhì)檢驗項目及限制和5.2條熱水浴池水質(zhì)檢驗項目及限制中規(guī)定：每200ml水中不得檢出軍團菌。第7條規(guī)定對軍團菌的檢驗每半年至少一次。《公共浴池給排水技術(shù)規(guī)程》（CJJ160—2011）3.2條規(guī)定公共浴池的池水水質(zhì)允許限值和檢驗項目應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標準《公共浴池水質(zhì)標準》（CJ/T325—2010）的規(guī)定。

因此在連接橫管的立管上安裝紫外線裝置如圖4。可以在用水終端殺滅軍團菌，保證用戶可以放心的用水，同時停滯的熱水通過強制回流管道再次進入加熱系統(tǒng)，又經(jīng)過紫外線消毒設(shè)備，從而保證對軍團菌的殺滅率。

結(jié)論：

在公共熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，采用紫外線消毒是一種經(jīng)濟可行且效果良好的消毒方式。定期將水溫升高到75～80℃，對熱水供水管網(wǎng)進行定期的熱沖洗，消毒效果將會更好。紫外線消毒可以有效地減少公共熱水供應(yīng)系統(tǒng)中軍團菌的數(shù)量，從而大大的降低軍團菌病爆發(fā)的風險，提高公共健康指數(shù)，為人們現(xiàn)代城市生提供安全保障。

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