醫(yī)用純化水系統(tǒng)的微生物控制策略研究

引言

醫(yī)用純化水在制備、儲(chǔ)存、分配和使用過程中很容易受到微生物的污染,成為水源性病原微生物的重要來源,尤為典型的有軍團(tuán)菌、假單胞菌、克雷伯菌等嗜水性細(xì)菌。

2019年,江蘇省疾病預(yù)防控制中心做的一項(xiàng)調(diào)查就顯示醫(yī)用純化水系統(tǒng)采集的水中存在細(xì)菌總數(shù)超標(biāo)的情況,并檢出多種條件致病菌[2]。相比較顆粒、有機(jī)物、電解質(zhì)的去除,醫(yī)用純化水系統(tǒng)的微生物去除和控制顯得更加困難,需要系統(tǒng)地做出應(yīng)對(duì)。為降低醫(yī)用純化水系統(tǒng)帶來的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn),本文將對(duì)醫(yī)用純化水系統(tǒng)的微生物控制策略進(jìn)行如下研究。

1醫(yī)用純化水系統(tǒng)工藝流程

醫(yī)用純化水一般指以飲用水為原水,經(jīng)蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其他適應(yīng)的方法制得的水,不含任何添加劑,主要包括符合《中華人民共和國藥典》規(guī)定的純化水、體外診斷試劑用純化水、血液透析及相關(guān)治療用水、分析實(shí)驗(yàn)室用水等。

如圖1所示,醫(yī)用純化水需要在飲用水中去除顆粒、有機(jī)物、電解質(zhì)、微生物共四類污染物質(zhì),一般情況下,按照預(yù)處理、脫鹽處理、后處理、儲(chǔ)存分配的流程獲得并使用。預(yù)處理部分包括原水儲(chǔ)罐、多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、樹脂軟化器或加藥阻垢設(shè)備、精密過濾器(5μm)等,脫鹽處理部分主要為反滲透(mReRvrRsrmorir,ms)、電去離子(ElRctvodRionization,EDI)或離子交換等裝置,后處理部分為紫外線、臭氧發(fā)生器等消毒殺菌裝置,儲(chǔ)存分配部分包括純化水儲(chǔ)罐、輸送泵等。

2微生物污染的途徑

根據(jù)醫(yī)用純化水系統(tǒng)的流程,微生物污染的途徑主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)因消毒不當(dāng)、二次供水不當(dāng)?shù)仍斐稍畤?yán)重污染。

(2)醫(yī)用純化水制備管理不當(dāng)造成微生物污染。

(3)醫(yī)用純化水儲(chǔ)存分配系統(tǒng)滲漏、水長期滯留形成生物膜等造成微生物污染。

(4)醫(yī)務(wù)人員使用不當(dāng)造成出水口處的污染,因回吸等原因可能會(huì)進(jìn)一步造成水路的污染。

3水生微生物介紹

水生微生物一般包括細(xì)菌、真菌、藻類、病毒、原蟲、蠕蟲,作為醫(yī)用純化水系統(tǒng)原水的飲用水,其微生物指標(biāo)應(yīng)符合GB5749一2006的要求。

雖然純水中含有的有機(jī)物等營養(yǎng)成分很少,但仍有能適應(yīng)貧瘠營養(yǎng)環(huán)境的微生物存在。微生物可以看成是有生命的顆粒,有繁殖能力,在適宜的生存條件下會(huì)形成生物膜。

3.1微生物的生長繁殖

以細(xì)菌為例,其生長速度很快,一般細(xì)菌約20min分裂一次,隨著營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和有害代謝產(chǎn)物的積累,細(xì)菌不可能無限繁殖,經(jīng)過一段時(shí)間后,細(xì)菌繁殖速度逐漸降低,死亡數(shù)量逐漸增多,活菌增長率隨之下降并趨于停滯。將一定數(shù)量的細(xì)菌接種于適宜的培養(yǎng)基中,連續(xù)定時(shí)取樣檢測活菌數(shù),可繪制出一條生長規(guī)律曲線,如圖2所示。

根據(jù)生長規(guī)律,細(xì)菌的群體生長繁殖分為遲緩期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期。雖然實(shí)際中的細(xì)菌生長曲線未必如此標(biāo)準(zhǔn)和典型,但是細(xì)菌的生長規(guī)律仍可對(duì)醫(yī)用純化水系統(tǒng)的微生物控制起到指導(dǎo)作用。按照時(shí)間軸順序,遲緩期一般在1~4h內(nèi),持續(xù)性微生物控制措施宜在此階段進(jìn)行:對(duì)數(shù)期一般在8~18h內(nèi),周期性微生物控制措施宜在此階段進(jìn)行。持續(xù)性微生物控制措施越有效,周期性微生物控制措施使用的頻率就會(huì)越低,對(duì)醫(yī)用純化水的不間斷正常使用的影響也就越小。

3.2生物膜

生物膜表現(xiàn)為微生物的共聚集現(xiàn)象,適宜的物體表面可為初級(jí)定殖微生物提供受體,浮游微生物、微生物自聚集體、微生物共聚集體直接粘附或與初級(jí)定殖者共同粘附并在共粘附過程中發(fā)揮作用,微菌落形成并開始產(chǎn)生胞外聚合物(ExtracellularPolymericsubstances,EPs),活躍的微生物生長繁殖并且次級(jí)定殖物種開始融入,早期定殖者和晚期定殖者之間形成共粘附橋,微生物共聚集不斷加強(qiáng),至此,生物膜形成。生物膜存在于醫(yī)用純化水的制備、儲(chǔ)存、分配環(huán)節(jié),對(duì)各環(huán)節(jié)有效性的發(fā)揮造成了不利影響,也會(huì)造成醫(yī)用純化水的微生物污染問題和內(nèi)毒素超標(biāo)問題。

綜上所述,醫(yī)用純化水系統(tǒng)的微生物控制宜遵循"預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理"的原則。

4微生物污染的控制措施

對(duì)整個(gè)醫(yī)用純化水系統(tǒng)而言,有效的微生物控制策略往往不止采用一種措施 ,主要包括以下幾種:

(1)生物膜的預(yù)防和清除 ,預(yù)防措施比如維持較高的流速、和水的接觸表面應(yīng)該光滑、使用衛(wèi)生級(jí)閥等水路器件、將盲端和死角等減到最少、注意通氣口等外部接口進(jìn)入微生物的控制、施工過程注意微生物污染控制 ,清除措施主要采用機(jī)械清除、消毒清洗等技術(shù)手段。

(2)水的消毒。

(3)使用微生物過濾器作為消毒的補(bǔ)充,注意進(jìn)行定期維護(hù)、更換。

針對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、安裝環(huán)節(jié)、維護(hù)環(huán)節(jié)、使用環(huán)節(jié)的微生物污染控制措施進(jìn)行如下詳細(xì)說明。

4.1設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的控制措施

(1)純化水儲(chǔ)罐應(yīng)采用無毒、耐腐蝕材料制造,其罐蓋、人孔、罐底閥門等零部件應(yīng)設(shè)計(jì)為衛(wèi)生連接方式且便于拆卸和清洗,密封材料應(yīng)無毒、無析出物、耐高溫、無脫落物,罐體不應(yīng)有裂紋、開焊和變形,內(nèi)壁表面應(yīng)光滑、平整、無死角,儲(chǔ)罐最低處應(yīng)設(shè)置排放口,排水管路不應(yīng)出現(xiàn)使水滯留的部位,儲(chǔ)罐頂部宜設(shè)置噴淋裝置,其設(shè)置應(yīng)避免形成能滋生微生物的死角,液位計(jì)量裝置不應(yīng)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生污染風(fēng)險(xiǎn),通氣口應(yīng)安裝不脫落纖維的0.22μm疏水性通氣過濾器,應(yīng)根據(jù)"在有利于微生物生長的條件下,水保存的時(shí)間越短越好"的原則確定儲(chǔ)罐的大小。

(2)純化水宜采用循環(huán)輸送,循環(huán)供水流速宜大于1.5m/s,回水流速不宜小于1.0m/s,回水流量宜大于供水泵出口流量的50%,支管長度不宜大于支管管徑的3倍,主要用于生物膜的預(yù)防。

(3)純化水管路系統(tǒng)應(yīng)確保獨(dú)立性以避免交叉污染,宜避免死角、盲管,宜預(yù)留清洗口,水平管道應(yīng)有0.5%~1%的坡度,排放管路應(yīng)與地漏等保持空氣阻斷,用水點(diǎn)閥門應(yīng)就近連接至使用工序,管道內(nèi)流速設(shè)計(jì)的取值范圍宜為1.0~2.0m/s,壓力損失不宜超過0.05MPa/100m。

(4)選擇紫外線消毒時(shí),其有效劑量不應(yīng)低于40mJ/cm2(1mJ/cm2=10J/m2=1000uws/cm2),并根據(jù)GB28235一2020控制泄漏量。

選擇臭氧消毒時(shí),消毒方法可參照GB28232一2020中的規(guī)定,也可采用0.02~0.2mg/L(1ppb=0.001ppm=0.001mg/L)的臭氧溶解濃度預(yù)防純化水生物膜,0.2~2mg/L的臭氧溶解濃度清除純化水生物膜,用水前宜采用紫外線(波長為254nm)照射除去臭氧以使純化水符合"不含任何添加劑"的要求,可選擇合適的尾氣處理方法保證有人空氣環(huán)境中臭氧濃度≤0.1mg/m3(1mg/m3≈0.467ppm)。

選擇化學(xué)消毒時(shí),應(yīng)設(shè)定合適的沖洗方法去除殘留。

選擇熱力、蒸汽消毒方式時(shí),應(yīng)做好器件的耐溫和耐壓以及各種防護(hù),保證消毒、用水的安全和有效。

4.2安裝環(huán)節(jié)的控制措施

(1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的要求施工。

(2)終端用水口宜采用循環(huán)管路:循環(huán)管路和進(jìn)水管路不宜安裝過低,主要是為降低雙向污染的風(fēng)險(xiǎn):安裝時(shí)盡量避免水在管道中滯留,管內(nèi)如有積水,應(yīng)設(shè)置排水點(diǎn),排水點(diǎn)應(yīng)盡量少。

(3)不銹鋼器件焊接應(yīng)有足夠的操作空間,焊接時(shí)應(yīng)采用稀有氣體保護(hù),焊接結(jié)束后應(yīng)用潔凈水試壓,試壓合格后應(yīng)進(jìn)行清洗、鈍化處理。

(4)管路連接需要轉(zhuǎn)換時(shí)宜使用專用的轉(zhuǎn)換連接件。

(5)閥門等需要維護(hù)的器件應(yīng)有便于操作的空間,不得妨礙設(shè)備、管道及自身的拆除和檢修。

(6)不銹鋼管道支架應(yīng)采用不銹鋼管托,塑料管可采用配套的塑料管卡或通過軟物隔墊采用金屬管卡。

(7)穿越墻、樓板、吊頂?shù)墓艿酪嗽O(shè)套管,管道和套管之間應(yīng)有密封措施。

(8)取樣點(diǎn)方便衛(wèi)生,離地面不宜小于0.6m或高于1.6m。

(9)安裝完畢后進(jìn)行全方位消毒處理,防止引入微生物污染。

4.3維護(hù)環(huán)節(jié)的控制措施

(1)應(yīng)定期檢查作為原水生產(chǎn)純化水的飲用水的微生物污染情況。

(2)按取樣標(biāo)準(zhǔn)操作程序設(shè)置取樣口,定期取樣檢測微生物污染情況。

(3)正常制水時(shí),多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、樹脂軟化器內(nèi)的流速比較低,營養(yǎng)物質(zhì)比較豐富,運(yùn)行一段時(shí)間后,表面可能會(huì)形成生物膜,為防止各器件功能效率降低甚至失效以及對(duì)后續(xù)工藝的微生物污染,需要采取定期反沖、消毒、更換等控制措施。

(4)預(yù)處理中的精密過濾器需要定期維護(hù)、更換。

(5)即使預(yù)處理方法適當(dāng),反滲透進(jìn)水水質(zhì)符合要求,運(yùn)行控制正常,長時(shí)間運(yùn)行后,反滲透膜仍不可避免地會(huì)被微生物污染,造成產(chǎn)水量和脫鹽率下降,對(duì)后續(xù)工藝造成微生物污染的概率大大提高。因此,可適當(dāng)提高濃水的排放比例,沖洗掉一部分微生物,還需要定期進(jìn)行清洗和消毒。

(6)應(yīng)保證清洗、消毒效果的可靠和有效,紫外線的消毒效果會(huì)受運(yùn)行時(shí)間、污染物的覆蓋情況、水的色度和濁度以及微生物類型等因素影響,臭氧和化學(xué)消毒可能會(huì)對(duì)水系統(tǒng)中器件的材料產(chǎn)生一定程度的腐蝕,但都不應(yīng)對(duì)清洗、消毒后純化水系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。

(7)應(yīng)做好純化水儲(chǔ)罐和輸送系統(tǒng)的持續(xù)性清洗消毒和周期性清洗消毒。

(8)設(shè)置合理的微生物警戒限度和糾偏限度,當(dāng)微生物指標(biāo)超過糾偏限度時(shí),及時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,并對(duì)相應(yīng)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行合理維護(hù),使得微生物的污染情況始終處于受控制的狀態(tài)。

4.4使用環(huán)節(jié)的控制措施

(1)使用的頻次和用水量都對(duì)支路到用水點(diǎn)這一段水路的微生物污染起到重要的影響作用,應(yīng)適當(dāng)增加使用頻次和用水量。

(2)應(yīng)定期清洗、消毒用水點(diǎn),避免用水點(diǎn)對(duì)水路起到微生物污染作用。

(3)GB50913一2013中提到用水點(diǎn)沒有除菌過濾器時(shí)細(xì)菌少,使用除菌過濾器時(shí)反而細(xì)菌含量很難控制,指出系統(tǒng)中的微生物控制不應(yīng)依賴除菌過濾器的使用。

2018年,國家藥品監(jiān)督管理局發(fā)布的《除菌過濾技術(shù)及應(yīng)用指南》中指出,除菌過濾之前,待過濾介質(zhì)的微生物含量一般小于等于10cfu/100mL,應(yīng)選用0.22um(或更小孔徑或相同過濾效力)的除菌級(jí)過濾器,0.1μm的除菌級(jí)過濾器通常用于支原體的去除。除菌過濾工藝并不能將微生物全部濾除,為降低風(fēng)險(xiǎn),宜使用冗余過濾系統(tǒng)(例如兩個(gè)過濾器串聯(lián)使用)并進(jìn)行定期維護(hù)、更換。

5結(jié)語

隨著醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步,純化水系統(tǒng)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入和拓展,其微生物控制的要求更加明確和嚴(yán)格,但相比于顆粒、有機(jī)物、電解質(zhì)的去除,微生物的去除和控制顯得更加困難。本文根據(jù)常用純化水系統(tǒng)的流程,提出微生物污染的途徑,通過介紹微生物的特點(diǎn)、生長規(guī)律及生物膜的形成與危害,指出微生物控制宜遵循"預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理"的原則:在此基礎(chǔ)上,從設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)、使用共四個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā),系統(tǒng)闡述了醫(yī)用純化水系統(tǒng)全生命周期的微生物控制措施,這些控制措施的可操作性和有效性都比較強(qiáng),而且成本低廉,對(duì)醫(yī)用純化水系統(tǒng)的微生物控制有一定的借鑒意義。