某高層住宅小區(qū)排水立管生物膜形成過(guò)程及影響因素分析

鐘素娟 尤文貴

摘 要：建筑排水系統(tǒng)內(nèi)微生物對(duì)人類(lèi)的健康與疾病傳播有重要的影響，是一重大的公共衛(wèi)生安全問(wèn)題。為準(zhǔn)確、全面地了解住宅排水立管生物膜形成情況及影響因素，開(kāi)發(fā)健康安全的建筑排水系統(tǒng)，通過(guò)模擬管片掛膜，研究塑料管和鑄鐵管的生物膜發(fā)育過(guò)程及影響因素。

關(guān)鍵詞：住宅排水立管；生物膜；衛(wèi)生性能；發(fā)育過(guò)程；影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.38 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）34-0068-02

Abstract： The microorganism in the building drainage system has an important impact on human health and disease transmission， and is one of the major issues concerning public health and safety. In order to understand the biofilm formation and influencing factors of residential drainage riser accurately and comprehensively， and to develop a healthy and safe building drainage system， the biofilm development process and influencing factors of plastic pipe and cast iron pipe were studied by simulating segment biofilm formation.

Keywords： residential drainage riser； biofilm； sanitary performance； developmental process； influencing factor

住宅排水立管和人們接觸緊密，管壁微生物污染釋放出的有毒有害氣體、包括病原微生物本身，很容易進(jìn)入室內(nèi)，影響人們的情緒和健康。2003年的陶大花園事件就是疾病通過(guò)排水系統(tǒng)傳播的典型案例[1，2]。SARS過(guò)后，人們開(kāi)始關(guān)注排水系統(tǒng)的衛(wèi)生性能，但是目前國(guó)內(nèi)也大都是從水力學(xué)、新型地漏、水封保護(hù)角度進(jìn)行研究，而從微生物本身出發(fā)的研究較少[3～5]。住宅排水立管生物膜在管壁上的附生、繁殖、穩(wěn)定是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，理論分析和文獻(xiàn)調(diào)研可知，生物膜在管壁上的發(fā)育過(guò)程與穩(wěn)態(tài)生物量和水流剪切、基底粗糙度（管材）、有機(jī)底物營(yíng)養(yǎng)成分、溫度等因素有關(guān)[6]。本實(shí)驗(yàn)側(cè)重研究管壁生物膜隨時(shí)間的變化特征，并且探究管材以及自然環(huán)境的溫度對(duì)管壁生物膜的影響。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

福州某高層住宅小區(qū)，排水系統(tǒng)采用亞通PVC-U塑料管污廢合流制排放，隨機(jī)選取20處架空層檢查口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)達(dá)半年，從2017年1月15日到2018年7月15日。

1.2 研究方法

（1）模擬管片掛膜

在實(shí)際建筑排水管段中取樣研究管壁的生物膜隨時(shí)間變化情況比較困難，本實(shí)驗(yàn)采用模擬管片進(jìn)行研究。采用30組塑料管片（5cm×5cm）和鑄鐵管片（5cm×5cm），放在小區(qū)架空層的排水立管檢查口處，進(jìn)行模擬掛膜實(shí)驗(yàn)，分別檢測(cè)10d、20d、1month、1.5months、2months、3months、4mo

nths、5months、6months的生物膜生物量，剩余3組備用，防止樣品丟失。管片可以接觸到排水管道排入的污廢水，隨著時(shí)間的積累，管片上會(huì)累積一定厚度的生物膜。本實(shí)驗(yàn)可以很好地復(fù)制實(shí)際建筑排水管道中的生物膜的發(fā)育過(guò)程，可以隨時(shí)取出管片對(duì)生物膜的發(fā)生、發(fā)展以及變化進(jìn)行有效的觀察和監(jiān)測(cè)，也可以通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果推測(cè)出PVC-U塑料管和鑄鐵管這兩種不同的管材對(duì)生物膜的影響。

（2）生物膜生物量測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)采用生物膜生物量測(cè)定方法（異養(yǎng)菌平板計(jì)數(shù)HPCs）來(lái)研究管壁的生物膜。10d、20d、1month、1.5months、2months、3months、4months、5months、6months，分別用排水立管原有的檢查口替換連接有管片的檢查口，每次實(shí)驗(yàn)取出鑄鐵管片和塑料管片各3片。為除去掛在管片上的面巾紙，毛發(fā)等大塊的雜物，用生理鹽水輕輕潤(rùn)洗管片，表面一部分松散的細(xì)菌也一并被去除了，這些都不認(rèn)為是生物膜的組成部分。用鋸子鋸下管片，把管片帶回實(shí)驗(yàn)室，放入裝有150mL生理鹽水的燒杯中水浴，用超聲波振蕩儀振蕩1分鐘，停止1分鐘，再振蕩1分鐘，循環(huán)5次，使菌膠團(tuán)破碎。根據(jù)文獻(xiàn)資料[7]，經(jīng)過(guò)超聲波振蕩，管壁表面80%～ 85%的永久附著菌，都將分散到生理鹽水溶液中。之后，進(jìn)行活菌數(shù)的測(cè)定，菌落總數(shù)檢驗(yàn)參照食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4789.2-2010[8]。掛有生物膜的管片面積，為管片雙面面積減去給水管橫截面積。給水管橫截面積為3.14×1.52÷4≈1.77cm2，生物膜面積為50-1.77=48.23cm2，單位面積生物膜加生理鹽水后的樣品體積為150÷48.23=3.11mL/cm2。

N1、N2-樣品菌落數(shù)（cfu/cm2）；A-該稀釋度的兩個(gè)平皿菌落數(shù)的平均值（cfu）；∑C-連續(xù)稀釋度平板菌落數(shù)之和（cfu）；D-稀釋因子（兩個(gè)連續(xù)稀釋度的為第一稀釋度）。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

按照公式（1）、公式（2）計(jì)算管片生物膜單位面積菌落數(shù)（cfu/cm2），求平均值，并計(jì)算以菌落數(shù)的常用對(duì)數(shù)值lg表示的生物量。

取時(shí)間為橫坐標(biāo)，生物量為縱坐標(biāo)，作PVC-U塑料管管片和鑄鐵管管片生物量關(guān)于時(shí)間的變化曲線。

2.2 結(jié)論

（1）從圖2可以看出：PVC-U塑料管管片和鑄鐵管管片生物膜生物量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)是一致的，發(fā)育過(guò)程基本不會(huì)因管材的不同而有所改變：0～20d時(shí)，處于對(duì)數(shù)增長(zhǎng)階段；20d～30d時(shí)，處于線性增長(zhǎng)階段；30d后，減速增長(zhǎng)并趨于穩(wěn)定。一個(gè)月左右，生物膜發(fā)育基本成熟了，生物膜發(fā)育成熟穩(wěn)定后，生物量約在9.5～11之間。（2）在0～45d內(nèi)，相同的培養(yǎng)時(shí)間時(shí)，PVC-U塑料管管片的生物量稍高于鑄鐵管管片的生物量，可能的原因是Fe3+的抑菌作用起主導(dǎo)作用；45d之后，鑄鐵管片生物膜的生物量反而稍高于PVC-U塑料管管片生物膜的生物量，說(shuō)明生物膜成熟后，鑄鐵管片F(xiàn)e3+的抑菌作用對(duì)生物膜的影響逐漸消除，管片表面的粗糙度起主導(dǎo)作用，PVC塑料管表面光滑，而鑄鐵管片腐蝕嚴(yán)重，表面凹凸不平，有孔洞和溶隙，藏有更多的微生物。（3）生物膜生物量和溫度有關(guān)，溫度高，生物膜生物量增多，20℃～30℃是最適合生物膜微生物生長(zhǎng)的。掛膜三個(gè)月后，進(jìn)入四五月份，福州地區(qū)溫度上升，平均約為25℃～30℃，微生物體內(nèi)的酶活性提高，裂殖速率增大，世代時(shí)間變短，生物膜微生物的增加量和生物膜在各種物理力下的損失量慢慢進(jìn)入一個(gè)新的動(dòng)態(tài)平衡。

（4）建筑給排水行業(yè)也應(yīng)充分考慮排水系統(tǒng)微生物污染所帶來(lái)的公共衛(wèi)生問(wèn)題，在建筑排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，完善衛(wèi)生性能，保護(hù)公眾健康，讓建筑排水系統(tǒng)更健康、更安全地為人們服務(wù)。

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