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。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)的除菌級過濾器,0.1μm的除菌級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,對醫(yī)用純化水系統(tǒng)的微生物控制有一定的借鑒意義。