向雙云，胡勇強，周珍輝

（1.北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院，北京 102442；2.北京北理晨曦科技有限公司，北京 102422）

目前，水體消毒常用氯氣、次氯酸鈉等化學消毒法，以及臭氧、紫外線等物理消毒法［1］。 氯氣消毒在飲用水消毒中應用最為廣泛， 在防止疾病傳播和保障人體健康方面起到了至關重要的作用。但長期使用氯氣消毒對水管有腐蝕作用［2］，會產(chǎn)生三氯甲烷等“三致”物。次氯酸鈉殺菌迅速，生產(chǎn)成本低，但在消毒過程中也會產(chǎn)生三氯甲烷、二氯乙腈等有害物質(zhì)［3］。 紫外線消毒具有殺菌效率高、殺菌譜廣、 不產(chǎn)生二次污染、 無生物免疫力等優(yōu)點，但在應用中也存在一些不足之處，如光復活、穿透力低、沒有持續(xù)消毒能力［4］。 臭氧是一種無污染的潔凈消毒劑，消毒作用極強，但生產(chǎn)費用相對較高。 趙曙光等［5］研究了一種新的消毒方法——微電流電解消毒法， 發(fā)現(xiàn)該方法在海水維生系統(tǒng)中消毒效果優(yōu)于臭氧消毒，能夠產(chǎn)生持續(xù)消毒能力。目前微電流應用于水體的殺菌已有較多研究［6-8］，但是對畜禽養(yǎng)殖水體中常見細菌的殺滅作用報道甚少。為了尋找新的畜禽養(yǎng)殖水體消毒方法，為預防動物疾病和保障動物養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展提供有力保障，筆者在前期研究的基礎上，再次驗證微電流消毒方法對水中細菌的殺滅效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 菌種 大腸桿菌K88， 購于中國獸醫(yī)藥品監(jiān)察所；金黃色葡萄球菌（ATCC 6538）、銅綠假單胞 菌 （ATCC 15442） 和 枯 草 芽 孢 桿 菌（ATCC 10231），由原軍事醫(yī)學科學院消毒檢測中心提供。

1.1.2 水樣 北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院人工湖水， 京郊養(yǎng)殖場污水。

1.1.3 試劑 胰蛋白胨生理鹽水稀釋液， 硫代硫酸鈉，營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。

1.1.4 主要儀器 微電流消毒器，生物安全柜，電動混合器，恒溫培養(yǎng)箱，高壓蒸汽滅菌器。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌懸液的制備 將4 種菌的菌種管在二級生物與安全實驗室生物安全柜中用營養(yǎng)肉湯進行復蘇，然后分別接種于營養(yǎng)瓊脂斜面，放入恒溫培養(yǎng)箱，37 ℃培養(yǎng)22～24 h， 染色觀察合格后連續(xù)傳種3 代。取第3 代新鮮斜面，用胰蛋白胨生理鹽水稀釋液洗下培養(yǎng)物，備用。

1.2.2 中和劑鑒定試驗 以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為試驗指示菌，在前期研究的基礎上［9］，采用6 A 電流強度進行試驗，作用時間為6 min。 參照《獸用消毒劑鑒定技術規(guī)范（試行）》［10］和筆者所在課題組前期試驗方法［9］，確定中和劑及其濃度，進行分組試驗和結(jié)果評價。

1.2.3 人工染菌水樣消毒試驗 將4 種菌的菌懸液按比例分別加入一定量的滅菌純凈水， 使含菌量為1.00×108～5.00×108CFU/mL，用電動混合器混勻后分別加入4 臺不同的微電流消毒器。 取4 支滅菌試管，分別加入1 mL 中和劑，然后用移液器分別吸取4 種菌混合液1 mL 加入中和劑試管，用電動混合器混勻后，用滅菌純凈水進行10 倍系列稀釋。吸取不同稀釋度的菌液1 mL 置于無菌濾器中，抽濾后將濾膜貼到營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上進行48 h 培養(yǎng)，觀察結(jié)果，進行細菌含量計數(shù)，作為試驗對照。 每種染菌水樣的消毒試驗都采用6 A 電流強度進行試驗，分別在消毒2、4、6、8、10 min 時用移液器吸取1 mL 水樣，用對照組的濾膜法抽濾后進行細菌培養(yǎng)，并進行細菌含量計數(shù)［11］，試驗重復3 次。

1.2.4 影響因素試驗

1.2.4.1 水溫的影響 以大腸桿菌K88 為試驗指示菌，采用6 A 電流強度進行試驗。 將人工染菌水樣的溫度分別設定為5、20、30 ℃， 然后按照人工染菌水樣消毒方法進行試驗， 用微孔濾膜抽濾法進行消毒前后細菌含量的計數(shù)，試驗重復3 次。

1.2.4.2 pH 值的影響 以大腸桿菌K88 為試驗指示菌，采用6 A 電流強度進行試驗。 用鹽酸或氫氧化鈉溶液將人工染菌水樣pH 值分別調(diào)至6.5、7.0、8.5， 然后按照人工染菌水樣消毒方法進行試驗， 用微孔濾膜抽濾法進行消毒前后細菌含量的計數(shù)，試驗重復3 次。

1.2.5 不同水體消毒試驗 以北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院人工湖水、京郊養(yǎng)殖場污水作為試驗水體，無菌采樣后加入微電流消毒器， 按照人工染菌水樣消毒試驗方法，采用6 A 電流強度進行試驗，分別在1、2、3、4、5 min 取樣1 mL， 用微孔濾膜抽濾法進行消毒前后細菌含量的計數(shù)，試驗重復3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 中和劑鑒定試驗結(jié)果

由表1 可知， 微電流+菌懸液組無菌生長，說明微電流對細菌的殺滅效果明顯；（微電流+菌懸液）+中和劑組有菌生長， 大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的平均含量均大于50 CFU/mL， 說明中和劑能有效中和微電流對細菌殺滅后產(chǎn)生的有害物質(zhì)； 中和劑+菌懸液組、（微電流+中和劑）+菌懸液組、滅菌水+菌懸液組大腸桿菌平均含量和金黃色葡萄球菌平均含量均相近， 且平均細菌含量都達到1.00×107～5.00×107CFU/mL，組間誤差率不超過15%， 說明選用的硫代硫酸鈉中和劑沒有抑菌作用， 中和劑和微電流的中和產(chǎn)物對細菌繁殖無影響，試驗選用的中和劑符合規(guī)定要求。

2.2 人工染菌水樣消毒試驗結(jié)果

由圖1 可知，4 種菌懸液在6 A 電流強度的微電流作用2 min 時， 對3 種非芽孢菌的殺滅對數(shù)值均＞5.0， 對枯草芽孢桿菌的殺滅對數(shù)值＞4.0；作用4 min 時， 對4 種菌懸液的殺滅對數(shù)值均＞5.0，其中， 對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的殺滅對數(shù)值均＞6.0， 對大腸桿菌的殺滅對數(shù)值＞7.0；作用6 min 時，對3 種非芽孢桿菌殺滅對數(shù)值均＞7.0，對枯草芽孢桿菌的殺滅對數(shù)值＞6.0；作用8 min 和10 min 時，對4 種菌懸液的殺滅對數(shù)值均＞7.0。 結(jié)果表明， 微電流在短時間內(nèi)對上述種類的細菌具有很好的殺滅效果。

表1 中和劑鑒定試驗結(jié)果 單位：CFU/mL

圖1 人工染菌水樣消毒試驗結(jié)果

2.3 影響因素試驗結(jié)果

2.3.1 水溫對消毒效果的影響 采用6 A 電流強度微電流對大腸桿菌菌懸液進行消毒， 將水樣的溫度分別設定為5、20、30 ℃。 如圖2 所示，各溫度條件下殺菌效果無差別；微電流作用2 min 時，對大腸桿菌殺滅對數(shù)值均＞6.0； 微電流作用4、6、8、10 min 時，對大腸桿菌殺滅對數(shù)值均＞7.0。

2.3.2 pH 值對消毒效果的影響 采用6 A 電流強度微電流對大腸桿菌菌懸液進行消毒， 將水樣的pH 值分別設定為6.5、7.0、8.5。 如圖3 所示，各pH 值條件下殺菌效果無差別； 微電流作用2 min 時，對大腸桿菌殺滅對數(shù)值均＞6.0；微電流作用4、6、8、10 min 時，對大腸桿菌殺滅對數(shù)值均＞7.0。

圖2 水溫對消毒效果的影響試驗結(jié)果

圖3 pH 值對消毒效果的影響試驗結(jié)果

表2 人工湖水消毒試驗結(jié)果

表3 養(yǎng)殖場污水消毒試驗結(jié)果

2.4 不同水樣消毒試驗結(jié)果

2.4.1 人工湖水消毒試驗 以北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院人工湖水作為試驗水體，采用6 A 電流強度進行微電流消毒試驗。 由表2 可知，作用時間為1 min時，水體中細菌殺菌率達到99.69%；作用時間為3 min 時，殺菌率達到99.97%；作用時間為5 min時，水中的細菌總數(shù)下降至0 CFU/mL，殺菌效果明顯。

2.4.2 養(yǎng)殖場污水消毒試驗 以京郊養(yǎng)殖場污水作為試驗水體， 采用6 A 電流強度進行微電流消毒試驗。 由表3 可知，作用時間為1 min 時，水體中細菌殺菌率達到99.54%； 作用時間為4 min時， 殺菌率達到99.99%， 水中細菌已基本被殺滅；作用時間為5 min 時，水中的細菌總數(shù)下降至0 CFU/mL，能達到完全殺滅細菌的效果。

3 討論

3.1 微電流的作用特點

微電流消毒技術的原理是以水為介質(zhì)， 在通電狀態(tài)時，帶負電的細菌向陽極靠近并聚集［12］，陽電極激發(fā)電子傳遞到陰極端， 同時會產(chǎn)生氧化活性物質(zhì)，如·O、·Cl、·OH、ClO-、H2O2等［5］。這些活性物質(zhì)能與糖、磷脂、有機酸等快速發(fā)生反應，破壞細菌細胞膜并滲透到細胞膜內(nèi)， 氧化細菌的RNA、DNA，造成細菌失活或死亡，從而實現(xiàn)消毒功能。目前在微電流消毒技術中，陽電極采用的是荷蘭人Henri Bernard Beer 發(fā)明的具有催化活性的DSA 陽極（dimensionally stable anode）［13］，以金屬鈦或鈦合金為基體， 在表面涂敷具有巨大比表面積的鉑族元素氧化物材料。 北京藍景創(chuàng)新科技有限公司利用該種陽極材料， 設計了一種微電流電解消毒裝置［14］。該裝置可用于生活飲用水、中水和水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的消毒， 公司將該專利技術應用于北京海洋館海水維生系統(tǒng)的消毒［5］。 與臭氧消毒方法相比， 微電流消毒方法對海水的物理特性和無機鹽類含量影響極小，且安全性能好。張德勝等［15］研究發(fā)現(xiàn)，微電流消毒可避免有害有機物的生成，無二次污染，且能耗低。 筆者所在課題組前期研究證明［16］，微電流對池塘水具有很好的消毒效果，采用4 A 微電流作用30 s 就能達到99.57%的殺菌率，表現(xiàn)了高效殺滅細菌的特點。

3.2 微電流對細菌的殺滅作用

張勝德等［17］研制的微電流殺菌器具有廣譜滅菌功能，對大腸桿菌的殺菌率可達99%以上。王雪峰等［18］研究表明，微電流對硝酸鹽還原菌、鐵細菌的殺菌率可達99%以上。Patermarakis 等［19］研究發(fā)現(xiàn)， 微電流對大腸桿菌和糞鏈球菌顯示出較強的殺滅作用。 李建宏等［20］研究了微電流對金黃色葡萄球菌的殺滅作用， 結(jié)果顯示在短時間內(nèi)可獲得較好效果。 曾抗美等［21］以細菌總數(shù)和大腸菌群去除率為指標， 測定了微電流對河水樣本的消毒效果，發(fā)現(xiàn)微電流對天然水體殺菌效果很好。該研究選用了大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和枯草芽孢桿菌作為試驗菌。 大腸桿菌廣泛存在于動物腸道內(nèi)，是細菌繁殖體中腸道菌的代表；金黃色葡萄球菌是動物細菌繁殖體中化膿性球菌的代表； 銅綠假單胞菌是動物感染中最常分離到的細菌繁殖體的代表； 枯草芽孢桿菌是用來評價微電流對芽孢消毒效果的指示菌， 是細菌芽孢的代表。人工染菌水樣消毒試驗結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌的耐受力大于金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌，大腸桿菌的耐受力最低，殺滅效果最好。 但消毒時間達到8 min 時， 微電流處理對4 種菌懸液的殺滅對數(shù)值均＞7.0。 雖然微電流對不同細菌殺滅效果有所差別， 但在短時間內(nèi)對各種細菌都表現(xiàn)出很好的殺滅效果。