纯水机水箱中的生物膜污染控制

0 2020-05-27

分享到

目前大部分的实验室纯水机，如果是以自来水作为进水的机器，通常配有储水箱。水箱作为一个极其重要的单元，用于保存由反渗透或离子交换制备的纯水及为后续设备，包括超纯水系统作供水。因此如何使水箱中的纯水不受二次污染，即保证整个水质链的稳定，是非常重要的。

在众多潜在的污染可能中，微生物污染是最普遍的，也是最难以控制的。目前多数厂家采取在水箱中上部放置紫外灯的方式，用以控制微生物的生长。此方法利用紫外杀菌的原理，看似有效，但在实际运行中确有很大的问题。

水箱中的微生物存在形式是生物膜，这也是微生物普遍存在的形式。其由多层的混合种群的微生物聚集而成，伴有各种微生物分泌的保护性多糖成分，结构极其复杂。生物膜附着于固体表面，以水箱底部为最多，具有一定的厚度，在到达一定程度后，用手即有滑腻的触感。生物膜随时间而不断堆积，并不断从水中汲取营养，虽然纯水中的营养极其少，但水箱顶部的换气口可造成二次污染，导致空气中的粒子，有机物等进入水中。

传统的策略靠紫外灯的连续或间歇性照射杀灭微生物，但类似于大型水系统，在新水箱中效果较好，但使用一段时间后，就会失控，结果是紫外杀菌的效果在水箱中非常差。原因是与生物膜的性质有关的。前面提到生物膜是多层结构的，在水箱使用一段时间后可能堆积达数百层，紫外线在水中或在膜中会有连续的衰减，且强度也可被某些多糖类成分吸收。因此，上层的微生物可能被杀灭，但中层及底层的微生物并未得到控制。且生物膜存在一个特殊性质，称作“交互喂养”，即在生物膜体系内部，临近种群微生物分泌的代谢产物，或者微生物死亡后的尸体，会喂养其他活体的微生物。这样一来，上层被紫外线照射后死亡的微生物，在很大程度上成为了中下层微生物的食物。结果可想而知，杀灭微生物的速度可能还不及微生物由于得到充足营养而生长繁殖的速度。这就是导致失控的原因。因此，水箱中的紫外灯对于生物膜控制效果是甚微的。

一般的补救方法是定期消毒，周期一般不超过三个月，否则失控的程度是清洗也无法弥补的。这个清洗周期在管路或其他组件中可以延长，如半年至一年。因为在水箱中水是相对静止的状态，微生物污染的可接受限度是相对短的。在制药用水系统中，由于有保温循环的策略，因此污染的程度是可控的。

随着储水技术的发展，现今也推出了较为先进的抛弃型储水技术。如赛多利斯公司的袋式水箱，即采用特殊安全材料，在减小微生物附着生长，形成生物膜的同时，定期更换直接接触水的储水部分，以保证水质的安全稳定，降低风险，且可以大幅度节省清洗等维护成本。这样即可在最大程度上减小生物膜污染。这类技术在生物制药及其他领域也已有广泛的应用。