純化水系統(tǒng)中滅菌方法的應(yīng)用及比較

為探究不同滅菌方法在純化水系統(tǒng)中應(yīng)用的效果，選擇二氧化氯滅菌方法、臭氧滅菌方法和巴氏消毒滅菌法共三種滅菌方法，在明確各個滅菌方法具體操作、原材料制備方式、滅菌性質(zhì)的基礎(chǔ)上，以實(shí)驗(yàn)的形式分別針對其純化水系統(tǒng)消毒劑殘留、滅菌效果和細(xì)菌挑戰(zhàn)性進(jìn)行比較。通過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果證明，三種滅菌方法在不同滅菌性質(zhì)的比較中各自具有優(yōu)勢，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)綜合純化水系統(tǒng)的凈化需要，并結(jié)合滅菌條件，對滅菌方法進(jìn)行合理選擇，確保在達(dá)到純化水標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，降低滅菌成本，提升滅菌質(zhì)量。

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常規(guī)條件下的水體中會含有不同量的Na 離子、Cl離子，但在一些化學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)，是不允許實(shí)驗(yàn)室水體中含有離子的，因此需要在制備水體時，采用一些特殊的手段，進(jìn)行水體的去離子處理，通過此種方式得到的水體便可以被稱之為純化水[1]。而制備純化水過程中的一個必要步驟是對導(dǎo)入系統(tǒng)的水體進(jìn)行滅菌處理，為了提高純化水系統(tǒng)的制備效果，下述將對制備過程中的三種霉菌方法使用方式進(jìn)行分析，并結(jié)合不同方法的滅菌效果，掌握效果佳的滅菌方法推廣使用[2]。

Part

1

純化水系統(tǒng)中滅菌方法

1.1

二氧化氯滅菌方法

在滅菌過程中，二氧化氯主要起到氧化作用，而不發(fā)生氯化作用，因此不會產(chǎn)生有機(jī)氯化物，更不會產(chǎn)生氯胺[3]。采用這種滅菌方法可針對純化水系統(tǒng)當(dāng)中存在的失活病毒、隱孢子蟲等滅菌具有良好效果。同時，采用這種滅菌方法在實(shí)際應(yīng)用中滅菌的特性不會受到滅菌環(huán)境pH值的影響[4]。在滅菌過程中，未發(fā)揮滅菌作用的二氧化氯會以其原本的性能保留在溶液當(dāng)中，以此能夠?qū)崿F(xiàn)對滅菌作用的延長，具有強(qiáng)的氧化作用。為實(shí)現(xiàn)基于二氧化氯的純化水系統(tǒng)滅菌，設(shè)計(jì)如圖1所示的滅菌發(fā)生裝置，將其集成在純水化系統(tǒng)中，即可實(shí)現(xiàn)對水體的滅菌，見圖1。圖1 純化水系統(tǒng)中二氧化氯滅菌原理圖示為確保二氧化氯滅菌具有較高的效果，需要在制備二氧化氯滅菌消毒試劑時，控制不同原材料的比重，設(shè)計(jì)比重見表1。

表1 二氧化氯滅菌消毒試劑制備原材料比重設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按照上述圖1 所示的比重，將不同比重的原材料按照標(biāo)準(zhǔn)放置在反應(yīng)釜中，在常溫條件下對反應(yīng)釜中材料進(jìn)行攪拌處理，控制反應(yīng)的時間在20.0min~25.0min，放置在容器中待用[5]。在此基礎(chǔ)上，將制備的二氧化氯消毒試劑倒入純化水系統(tǒng)的進(jìn)水口，對水體進(jìn)行沖洗，實(shí)現(xiàn)對水體的凈化滅菌。

1.2

臭氧滅菌方法

臭氧又被稱之為O3，從化學(xué)分子角度分析，臭氧屬于氧離子的同素異形體，對臭氧描述見表2。

表2 臭氧性質(zhì)描述將臭氧應(yīng)用到純水化系統(tǒng)的滅菌中，臭氧可以有效地破壞或分解細(xì)胞外壁結(jié)構(gòu)，并迅速在細(xì)胞內(nèi)部擴(kuò)散，對細(xì)胞液中的葡萄糖進(jìn)行氧化[6]。也可以直接與病毒、細(xì)菌發(fā)生化學(xué)作用，對細(xì)胞結(jié)構(gòu)、RNA、DNA進(jìn)行破壞，以此種方式，對蛋白質(zhì)等大分子類型的聚合物進(jìn)行破壞，抑制水體中細(xì)菌的代謝與繁殖，達(dá)到對水體的凈化效果。在使用臭氧進(jìn)行水體消毒時，應(yīng)考慮到臭氧的半衰期為30.0min~60.0min，且臭氧分子結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性差、極易分解的特點(diǎn)，因此，無法將臭氧作為常規(guī)的產(chǎn)品材料進(jìn)行保存，需要在滅菌前，在現(xiàn)場進(jìn)行及時制備[7]。對臭氧消毒溶液制備裝置與管線滅菌裝置進(jìn)行描述，見下圖2。

圖2 臭氧水溶液制備與滅菌裝置結(jié)構(gòu)示意圖按照上述方式，制備純化水系統(tǒng)臭氧滅菌溶液，并將制備的溶液通過管線流入純化水系統(tǒng)，對水體進(jìn)行凈化處理。在此過程中應(yīng)注意，經(jīng)過臭氧溶液消除后的水體，需要將水體中殘留或投入使用過剩的臭氧水溶液進(jìn)行去除處理，避免殘留的臭氧水溶液對制備的純化水質(zhì)量造成影響。通常情況下，需要控制純化水中殘留的臭氧水溶液含量<0.005mg>9.0×104μW·S/cm2。

1.3

巴氏消毒滅菌方法

巴氏消毒滅菌法是指在純化水系統(tǒng)中的待凈化水體進(jìn)行加熱處理，持續(xù)加熱處理一段時間后，可以有效殺死水體中一些病毒與細(xì)菌，避免微生物在水體中出現(xiàn)持續(xù)發(fā)酵現(xiàn)象。也可以將此過程作為破壞水體中某種微生物結(jié)構(gòu)的過程，其原理見下圖3。

圖3 巴氏消毒滅菌方法原理在使用巴士消毒法進(jìn)行純化水系統(tǒng)的霉菌處理時，需要先在加熱裝置下，將水體加熱到80.0 攝氏度，保持此溫度一段時間后，消毒水體將在管路中進(jìn)行預(yù)冷，最終從系統(tǒng)的出水口流出，此過程較為簡單，卻是一種可以通過加熱有效處理細(xì)菌的過程。

Part

2

三種滅菌方法比較

2.1

純化水系統(tǒng)消毒劑殘留比較

完成對三種滅菌方法使用的研究后，本章將從消毒處理過程中純化水系統(tǒng)消毒劑殘留角度，進(jìn)行滅菌方法應(yīng)用效果的分析。在使用二氧化氯滅菌方法進(jìn)行滅菌處理時，需要將貯存罐與管道中的二氧化氯消毒水放凈，再重新制備新水約200.0升，在純化水系統(tǒng)中循環(huán)15.0min~25.0min，在系統(tǒng)的終端回水口位置進(jìn)行取水，控制取水量為50.0ml，測試水體的電導(dǎo)率。在此基礎(chǔ)上，按照相同的操作步驟進(jìn)行滅菌管道的沖洗，直到取水的電導(dǎo)率檢測結(jié)果滿足1.0×105Ω·cm條件后，記錄此過程中的沖洗耗時。在使用臭氧進(jìn)行純化水系統(tǒng)的滅菌處理時，按照上述論述內(nèi)容完成滅菌處理。在滅菌過程中，純化水系統(tǒng)當(dāng)中限流的臭氧消毒劑能夠分解在水中，因此針對其殘留問題的比較，選擇將分解的時間作為評價(jià)指標(biāo)。分解的時間越短，說明純化水系統(tǒng)當(dāng)中殘留的消毒劑越少；反之同理。在實(shí)驗(yàn)過程中，同樣要求完成對200.0升純化水的制備。在制備過程中，將循環(huán)水泵打開，并在管線當(dāng)中持續(xù)循環(huán)20分鐘，在隨機(jī)三個位置上獲取水樣。在停止對臭氧的供應(yīng)后，將管路內(nèi)部安裝的紫外燈打開，并完成對水中臭氧的分解。最終在總回水口利用碘量滴定的方法完成對臭氧殘留的檢測，待無法檢測到臭氧時，記錄這一時刻時間，并利用這一時刻時間與添加臭氧時刻時間相減，得到臭氧分解時間，并將這一數(shù)值作為消毒劑殘留物分解的時間。最后針對巴氏消毒滅菌方法，將純化水加熱到80°C以上，并將升溫時間控制在50min~60min范圍以內(nèi)，循環(huán)保溫時間為50min，完成在高溫條件下滅菌。整個消毒滅菌過程不需要消毒劑，故消毒滅菌后無殘留，只需將水冷卻排空，再重新制水使用即可。通過上述實(shí)驗(yàn)操作，完成對三種滅菌方法滅菌過程中消毒劑殘留的比較，通過分析對比二氧化氯沖洗耗時、臭氧分解耗時和巴氏消毒清楚殘留時間，三個時間指標(biāo)數(shù)值越大，則說明殘留越不容易清除，三種滅菌方法的消毒劑殘留問題嚴(yán)重程度從輕到重的順序依次為：巴氏消毒<臭氧<二氧化氯。

2.2

滅菌效果比較

在上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基礎(chǔ)上，針對三種滅菌方法的效果進(jìn)行比較。選擇將三種方法在完成滅菌后，某一細(xì)菌的殺滅率作為評價(jià)指標(biāo)，殺滅率越高，則說明滅菌效果越好，反之殺滅率越低，則說明滅菌效果越差。殺滅率的計(jì)算公式為：公式（1）中，N表示為滅菌后純化水系統(tǒng)中菌體數(shù)量，在實(shí)驗(yàn)過程中本文選擇的滅菌對象為金黃色葡萄球球菌，因此N的取值由金黃色葡萄球菌體個數(shù)決定；N0表示在滅菌前純化水中的菌體數(shù)量；k 表示為反應(yīng)速度常數(shù)；t表示為滅菌時間。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出三種滅菌方法的殺滅率，并將結(jié)果記錄如表3所示。

表3 三種滅菌方法殺滅率記錄表
從表3中記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在相同時刻下，巴氏消毒滅菌法的殺滅率始終高于前兩種滅菌方法，由此可以證明三種滅菌方法中巴氏消毒滅菌法的殺滅率最高，滅菌效果理想。同時，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，臭氧滅菌法對細(xì)菌的滅菌起效時間更短，但由于無法確保臭氧消毒劑的濃度始終保持不變，因此其滅菌效果隨著時間的延長沒有得到明顯的提升。

2.3

細(xì)菌挑戰(zhàn)性比較

在完成對三種滅菌方法的純化水系統(tǒng)消毒劑殘留比較和滅菌效果比較后，針對其細(xì)菌挑戰(zhàn)性進(jìn)行比較。仍然在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展對這一性能的探究。選擇本文上述提到的殺滅率作為評價(jià)指標(biāo)，改變實(shí)驗(yàn)變量，針對三種消毒劑不同濃度條件下殺滅率進(jìn)行記錄。仍然選擇金黃色葡萄球菌作為實(shí)驗(yàn)用菌，在實(shí)驗(yàn)過程中快速量取循環(huán)制備20min，取總回水口的溶液放置在試管當(dāng)中。向5×105/ml~5×106/ml的菌懸液當(dāng)中加入含菌量為0.5ml的待滅菌溶液，在達(dá)到滅菌規(guī)定時間后，記錄不同殺滅率情況下三種滅菌方法滅菌溶液濃度，并將得出的結(jié)果繪制成如圖4所示。

圖4 三種滅菌方法細(xì)菌挑戰(zhàn)性對比圖從圖4中三條曲線可以看出，在達(dá)到相同的殺滅率時巴氏消毒滅菌方法的平均質(zhì)量濃度最高，而臭氧滅菌和二氧化氯滅菌平均質(zhì)量濃度變化相似。綜合分析得出，三種滅菌方法的細(xì)菌挑戰(zhàn)性二氧化氯優(yōu)于臭氧優(yōu)于巴氏消毒。通過本文上述研究，針對三種不同的滅菌方法對其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行比較。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，三種滅菌方法各自具有不同方面的優(yōu)勢。但在實(shí)驗(yàn)過程中，沒有考慮到各個滅菌方法在成本方面的問題，因此在后續(xù)的研究當(dāng)中還將從經(jīng)濟(jì)角度對其達(dá)到理想滅菌效果時的成本進(jìn)行對比。同時，在純化水系統(tǒng)運(yùn)行過程中，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際凈化需要以及經(jīng)濟(jì)條件，對滅菌方法進(jìn)行合理選擇。

Part

3

結(jié)論純化水是指當(dāng)環(huán)境溫度>25 攝氏度時，其電阻率>1.0×105Ω·cm的水體，也可以將此類水體定義為脫鹽水體或去離子水體。純化水系統(tǒng)是指基于離子處理法、蒸餾法、反滲透法等綜合處理法，進(jìn)行供藥用水制備的系統(tǒng)，制備的水體呈現(xiàn)無色無味狀態(tài)，對水體檢測后發(fā)現(xiàn)其中不含有以任何形式存在的添加試劑。為了實(shí)現(xiàn)對純化水的高效率制備，本文從二氧化氯滅菌方法、臭氧滅菌方法、巴氏消毒滅菌方法三個方面，對其在純化水系統(tǒng)中的應(yīng)用方式與應(yīng)用效果展開了研究。三種不同的滅菌方法在實(shí)際應(yīng)用中的效果是不同的，但是在實(shí)際應(yīng)用中，均可以起到較好的滅菌殺毒效果。因此，可以在制備純化水的過程中，結(jié)合醫(yī)藥生產(chǎn)方的實(shí)際需求，選擇不同的滅菌處理方法，以此實(shí)現(xiàn)對純化水的制備，保證對醫(yī)藥生產(chǎn)用水制備的高效率與高水平。