紫外线杀灭军团菌在集中热水供应中的应用

文/朱志强 梅州市碧桂园房地产开发有限公司 广东梅州 514021

1、前言

随着我国经济的快速发展，公共热水系统被越来越多的建筑所采用。我国公共建筑热水系统主要采用集中热水供应系统，但因管网老化、锈蚀、水温不均、管道中水流有死角等原因，热水供应系统存在很大的军团菌爆发的风险，对人的身体健康产生极大的威胁。

我国公共建筑热水系统主要采用容积式换热器对市政给水进行加热，然后供给用户的集中热水供应系统，如宾馆、医院、公共浴室等，均采用这种供热方式。但水加热后，水中余氯减少，降低了水的生物稳定性，提高了细菌滋生的风险，尤其是与热水密切相关的军团菌，使水质安全受到威胁。日本1992年对建筑内热水军团菌状况进行调查，发现集中式供热水水温在41℃～55℃，余氯量不超过0.1mg/L，甚至为零。此时军团菌阳性率达12.5%[1]。刘洪亮[2]对天津市主要三星级以上宾馆的淋浴喷头进行检测，军团菌阳性率为11.8%，而威胁人类身体健康的嗜肺军团菌的检出率为17.65%。张越明等[3]对银川市20家宾馆的洗澡热水进行检测，军团菌的检出率为15%。同时很多调查显示医院热水供应系统中也经常检出嗜肺军团菌。所以我们应该提高集中热水供应系统的水质，降低公共建筑热水系统中军团菌滋生的风险。

2、军团菌概述

2.1 分布及危害

军团菌是一种革兰氏阴性杆菌，广泛存在于全世界的自然和人工水体，包括各种地表水、地下水、空调和给水系统之中。可以通过含菌气溶胶的形式进行传播，如果被人体吸入体内，可以引起军团菌病。其中嗜肺军团菌可以引发全身各个系统功能衰竭。若不及时治疗，死亡率很高

2.2 军团菌生长条件

（1）温度条件

军团菌通常的生长温度为35℃～45℃。《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003条文说明：集中供热的水温以控制在55℃～60℃之间为好。在此温度条件下，军团菌仍然可以存活，而且在实际工程中，管道系统中难免会出现水流的死角，从而使温度不能达到规范的要求，使军团菌有滋生爆发的可能。

（2）营养状况[4]

多数研究认为，氨基酸是对军团菌生长繁殖最为重要的营养物质。水厂处理后的生活给水后，又经过较长距离的输水管线才能到达用户，同时在清水池、水箱、容积式换热器中水的停留时间较长，水的流速几乎为零，水质在此过程中面临二次污染的风险，使水中生物可同化有机碳（AOC）增加，各种细菌和军团菌出现的可能增大。

（3）其他条件

军团菌也需要附着在颗粒物质表面，以生物膜的方式进行生长。当管壁结垢和腐蚀，以及水流缓慢（如蓄水池死角或管网末梢）时，都会增大军团菌生长的风险。

热水系统中水温较高，钙镁离子易形成CaCO3、MgCO3沉淀附着在管壁上，为军团菌这种耐热致病菌生长繁殖提供了条件。

2.3 军团菌病的传播

军团菌主要以气溶胶的形式传播。通常因含军团菌的气溶胶被人吸入而感染。当水温适当时，在水龙头及淋浴喷头，温水游泳池等处均分离到军团杆菌[7]。在公共热水供应系统中军团菌的检出率较高。所以公共热水供应系统消毒是防治该病流行的重要环节。

3、采用紫外线消毒设备杀灭军团菌的原因

3.1 紫外线消毒的原理

紫外光指的是波长介于100nm～400nm之间的电磁波。分为：A、B、C、D波段， C波段（275nm～200nm），是消毒处理过程中使用的紫外线波段，因此又称为灭菌紫外线。

C波段紫外线对细菌、原生动物以及病毒有很强的杀灭作用，是因为这些微生物细胞中的RNA和DNA吸收光谱的最大吸收峰值范围为240nm～280nm，恰处于C波段紫外线范围之内。在此波段内，DNA和RNA中的碱基会强烈吸收紫外线，发生光化学反应，破坏原有的结构，阻止蛋白和酶的合成，从而丧失复制能力，达到杀菌效果[5]。

3.2 紫外线杀灭军团菌的优势

（1）紫外线杀灭革兰氏阴性菌最好，其次是革兰氏阳性菌，然后是细菌芽胞和真菌孢子[6]。因为军团菌为革兰氏阴性菌，所以紫外线的作用时间短，消毒效果好。研究表明：当紫外辐射剂量为30000μW·s/cm2时，只需0.20s便可以100%杀灭革兰氏阴性嗜肺军团菌属，0.1～1s左右的接触时间，就可以完全杀灭水中的各种细菌病毒。效果极佳且几乎没有选择性[5]。

（2）无二次污染。加氯消毒最大的不足之处就在于氯离子会与水中的微量有机污染物作用，形成有害的卤代物。紫外线消毒法消毒过程中，不需添加化学药剂，不会对水体产生二次污染。同时紫外线的照射可以去除水中的微量苯。

（3）不产生生物免疫力。因为紫外线是通过简单的物理方法破坏军团菌的DNA，使其不能复制，从而杀灭军团菌，不会产生生物免疫。

（4）紫外线消毒设备运行稳定，组装灵活，系统结构紧凑占用空间小，可以精确的控制，可以连续对进水消毒。

（5）运行费用和维护费用低，运行费用主要是电费，以及对灯管定期清洗及配件更换的维护费用。

3.3 集中热水终端紫外线消毒系统克服紫外线消毒的不足

图1 紫外线消毒设备图

（1）紫外线消毒无持续杀菌能力，是一种依靠物理化学方法瞬间作用的消毒技术。因此，紫外线消毒处理的水对后续的污染没有任何抵抗能力。并且，紫外线消毒后，DNA还有可能进行修复，然后复活。其复活途径有光复活和暗复活两类。包括军团菌在内的大多数细菌都可以光复活[7]。但光复活要求有可见光照射，这在热管网内部是不可能的。而很少有细菌可暗复活，且只要保证足够的消毒时间，就可以有效防止暗复活[8]。

热水系统配水管道的管材一般为薄壁铜管、薄壁不锈钢管、PPR管、PB管、铝塑复合管等，这些管材的透光率很低，且热水管道一般安装在管道井内，很难见到可见光。在黑暗条件下，6h后紫外线消毒过的水中细菌数超过规定值，而在集中热水供应系统中，剩余的热水通过回水系统被循环泵直接送回换热器内再次加热后进入热水配水管网，从而再次经过紫外线消毒系统，因而解决了紫外线消毒系统无持续杀菌能力的难题。同时增加紫外线的消毒剂量，亦可以降低军团菌光复活的可能性。当紫外线的剂量达到60mJ/cm2时[9]，革兰氏阴性的大肠杆菌的光复活现象没有了。

（2）穿透能力较差。紫外线波长较短，因此穿透能力较差。当处理水浊度较大时，会对消毒效果造成一定影响。张永吉、刘文君研究表明[10]：当浊度小于4NTU时，对紫外线消毒效果影响较小；而浊度大于4NTU时，会明显影响紫外线消毒效果。根据《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006规定，生活饮用水浊度不大于1NTU，集中供热是把生活饮用水通过换热器进行加热后通过热水配水管网送入用户，因此水的浊度很低，且热水管道内的额定流量一般为给水管道的一半，管径较小，所以可以保证紫外线的穿透率。

3.4 紫外线消毒装置介绍

紫外线消毒系统一般由紫外线灯及镇流器组成的消毒系统，支架，配电系统，传感器和控制装置等构成的实时调节系统，及自动清洗系统等组成，紫外线灯是核心部件，把电能转化为紫外线的光能。也可以添加螺旋形叶片或倒流板，改变水流的运动状态，防止出现水流死角。

图2 医院和宾馆的热水供应流程图

图3 医院和宾馆紫外线设备安装示意图

图4 公共浴室紫外线设备安装示意图

因为热水系统是有压系统，且流量较小，所以紫外线消毒装置采用封闭式UV消毒器。如图所示。

为了防止紫外线灯管结垢而影响紫外线的穿透率，应该每3个月通过自动清洗系统或人工对紫外线灯管进行清洗，从而保证紫外线灯管外的石英套管的清洁。同时紫外线灯管等直接与水进行接触，应该做好电器的防水措施。杀菌剂量K是照射强度I和照射时间t的乘积。可以用下式表示：K=It。因此可以通过控制照射强度和照射时间来控制紫外线的杀菌效率。

4、紫外线消毒技术在集中热水供应系统终端杀灭军团菌的应用

4.1 医院与宾馆热水系统中的军团菌紫外线消毒

因为医院的环境比较特殊，有利于细菌的生长、繁殖、和传播。医院内的人群多数免疫力低下，所以国内外都普遍认为医院是军团菌的高发区，因此对医院内的军团菌的消毒要给与高度的关注。医院内的热水系统一般为上供下给式，可以在热水供水系统的每根立管的顶部安装紫外线消毒设备如图3。热水在到达用户的终端进行消毒，从而保证用水的可靠性，同时没有被使用的热水通过回水管网被循环水泵输送到水加热器中，从新进行加热，然后进入配水管网，在终端再次被紫外线照射消毒。同时可以在医院的中控室内在线的控制紫外线的消毒剂量，定期自动对紫外线灯进行清洗。

宾馆的热水供应系统与医院的基本一致，因此可以采用类似的紫外线消毒的方式来进行军团菌的消毒，一样可以取得较好的成果。

4.2 公共浴室的军团菌消毒

公共浴室（如校园的学生浴室等）由于管网的老化，锈蚀，且管网的温度分布不均匀，有死角和滞留区，浴室内存在大量的雾化水，人员较多，所以存在军团菌集中爆发的危险。同时《公共浴池水质标准》（CJ/T325—2010）5.1条温泉水浴池水质检验项目及限制和5.2条热水浴池水质检验项目及限制中规定：每200ml水中不得检出军团菌。第7条规定对军团菌的检验每半年至少一次。《公共浴池给排水技术规程》（CJJ160—2011）3.2条规定公共浴池的池水水质允许限值和检验项目应符合现行行业标准《公共浴池水质标准》（CJ/T325—2010）的规定。

因此在连接横管的立管上安装紫外线装置如图4。可以在用水终端杀灭军团菌，保证用户可以放心的用水，同时停滞的热水通过强制回流管道再次进入加热系统，又经过紫外线消毒设备，从而保证对军团菌的杀灭率。

结论：

在公共热水供应系统中，采用紫外线消毒是一种经济可行且效果良好的消毒方式。定期将水温升高到75～80℃，对热水供水管网进行定期的热冲洗，消毒效果将会更好。紫外线消毒可以有效地减少公共热水供应系统中军团菌的数量，从而大大的降低军团菌病爆发的风险，提高公共健康指数，为人们现代城市生提供安全保障。

[1]赵锂，傅文华.建筑物热水系统中军团菌的防治[C].第一届中国建筑学会建筑给水排水研究分会第二次会员大会暨学术交流会论文集:1～6

[2]刘洪亮.天津市水体中主要病原生物分布规律研究[D].华中科技大学,2005.

[3]张越明,陈志明,雷静等.宾馆空调和热水系统军团菌污染现状及人群感染水平的研究[J].宁夏医科大学学报,2009,05:595-597.

[4]World Health Organization. WHO Library Cataloguing-in-Publication Data.Legionand the Prevention of Legionellos is,2007:2;19～20;29～34

[5]鄂学礼.饮用水深度净化与水质处理器[M].北京：化学工业出版社.2004.141～148

[6]陈大华,杨澄学.紫外线汞灯及其在消毒中的应用[J].中国照明电器,2009,09:19-22.

[7]郭美婷,胡洪营.紫外线消毒后微生物的光复活特性及其评价方法[J].环境科学与技术,2009,04:77-80.

[8]杨波.城市污水再生利用紫外线消毒试验研究[D].西安建筑科技大学,2009.

[9]黄永衡.GB/T19837-2005《城市给排水紫外线消毒设备》国家标准简介[J].世界标准化与质量管理,2005,12:56-58.

[10]张永吉,刘文君.紫外线对自来水中微生物的灭活作用[J].中国给水排水,2005,09:1-4.