3M測試片法在膜法水處理技術中的應用

侯秀華，萬國暉，楊永強，王玉潔，孫 靜

（中國石化 北京化工研究院環保所，北京 100013）

微生物是造成膜法水處理系統（膜系統）污染的主要因素之一［1］。現階段大多數企業都在用污染指數（SDI，也稱FI）表征膜系統的微生物污染狀況。由于SDI是一個綜合指標，雖然能在一定程度上反映微生物對膜系統的污染程度，但二者并未建立準確的定量關系，不能準確表征微生物對膜系統污染的影響［2-6］。為了及時評價膜系統的微生物污染程度，需要對微生物進行快速檢測。目前微生物的快速檢測方法有多種，包括快速測試片法、實時定量聚合酶鏈式反應（PCR）法、酶聯免疫吸附法、傳感器法、代謝產物測定法、直接計數法、Simplate全平皿計數法和色譜法等。這些測試方法主要應用在食品、化妝品、飲用水等的微生物檢測中。其中大部分方法或因設備和試劑比較昂貴、或因操作過程較為復雜、或因實驗條件較為嚴格，使其適用范圍受到限制［7-14］。相對而言，快速測試片法是一種經濟、簡便且比較快捷的方法，更容易推廣使用。快速測試片法又包括濾紙片測試法和以Petrifilm為載體的3M測試片法。但前二者檢出限較高且數值比平皿培養法偏低。3M測試片法是一種操作簡便的菌落總數測試方法，目前尚未在環境水樣的檢測中推廣使用，所以是否能應用于膜的微生物污染檢測，還要經過實驗確定［15-16］。

本工作采用3M Petrifilm細菌總數測試片（3M測試片）建立了一種比較準確的膜系統微生物污染的評價方法，可為膜系統污染的原因分析提供快速、可靠的數據支持。

1 實驗部分

1.1 試劑、材料和設備

營養瓊脂：生化試劑； Na2S2O3：分析純；無水乙醇：分析純。殺菌劑XDD-WKB：武漢新大地水處理有限公司；殺菌劑Trsea 380：宜興全澤化工有限公司；殺菌劑TH-410：山東泰和水處理有限公司。

對比實驗水樣取自A煉化公司污水處理站反滲透（RO）裝置出水，水質為pH=8～9、TOC=1.0～5.0 mg/L、總硬度15～30 mg/L。

應用實驗水樣取自B煉化公司污水處理廠超濾（UF）-RO（雙膜）處理裝置。應用實驗水樣的水質見表1。

表1 應用實驗水樣的水質 mg/L

3M測試片：美國3M公司。

ZHJH-C1112C型超凈工作臺：上海智城分析儀器制造有限公司；D-l型自動蒸汽滅菌鍋：北京發恩科貿有限公司；INB-400型恒溫培養箱：德國memmert公司；菌落自動判讀儀：美國3M公司。

1.2 采樣和水樣的稀釋

采樣瓶在121 ℃下滅菌20 min。如果水樣中含有余氯，需在500 mL采樣瓶中加入0.3 mL 10%（w）Na2S2O3溶液再滅菌。水樣采集量為采樣瓶容量的80%左右。

選擇適宜的水樣稀釋度，使培養后的細菌總數為30～300 CPU/mL。

1.3 3M測試片的測定原理及方法

3M細菌總數測試片是一種預制的培養基系統，由上下兩層薄膜組成：上層聚丙烯薄膜含有黏合劑、氯化三苯氯唑（TTC）指示劑及冷水可溶性凝膠；下層聚乙烯薄膜含有細菌生長所需的營養瓊脂培養基。將1 mL稀釋的水樣滴加到3M測試片上，用壓板將上層膜平穩地壓下，使水樣均勻覆蓋于固形培養基上，（37±1）℃下培養48 h。細胞代謝產物與上層的TTC指示劑發生氧化還原反應，將指示劑還原成紅色非溶解性產物三苯甲脂，在測試片上呈紅色或粉紅色，用菌落計數器對菌落進行計數。具體方法詳見行業標準SN/T 1897—2007《食品中菌落總數的測定 Petrifilm?測試片法》［17］。用無菌水做空白對照。

1.4 實驗方法

1.4.1 3M測試片法與平皿培養法的對比

采用對比實驗水樣，分別用3M測試片法和常規平皿培養法測定其細菌總數。比較兩方法的準確度和精確度。

1.4.2 3M測試片法的應用

1.4.2.1 膜系統中細菌總數的檢測

采用應用實驗水樣，以3M測試片法檢測水樣中的細菌總數。

1.4.2.2 RO膜專用非氧化性殺菌劑的選擇

取B煉化公司RO進水，分別加入殺菌劑XDDWKB，Trsea 380，TH-410，在實驗室RO裝置上進行動態殺菌實驗。依據L9（33）正交表設計實驗，篩選適宜的殺菌劑種類、殺菌劑加入量和殺菌時間。采用3M測試片法測定殺菌前后水樣的細菌總數，計算殺菌率，比較各殺菌劑的殺菌效果。殺菌劑加入量和殺菌時間的取值范圍根據殺菌劑供應商提供的使用說明確定。

2 結果與討論

2.1 3M測試片法與平皿培養法的對比

2.1.1 3M測試片法的準確度

取不同時間段的對比實驗水樣，3M測試片法和平皿培養法的細菌總數測定結果見表2。由表2可見，兩種方法的細菌總數測定結果相差不大。利用T檢驗法對兩種方法的數據進行顯著性差異分析，P（雙尾）=0.71（≥0.05），說明3M測試片法和平皿培養法的細菌總數測定結果沒有顯著性差異。這表明簡單易行的3M測試片法在膜系統的微生物檢測中是準確可靠的。

2.1.2 3M測試片法的精確度

3M測試片法對5#水樣的平行實驗結果見表3。由表3可見，3M測試片法和平皿培養法的相對標準偏差分別為4.8%和5.0%，說明3M測試片法比平皿培養法更精密。

表2 3M測試片法和平皿培養法的細菌總數測定結果

表3 3M測試片法對5#水樣的平行實驗結果

2.2 3M測試片法在膜法水處理技術中的應用

2.2.1 膜系統中細菌總數的檢測

B煉化公司雙膜處理裝置中細菌總數的檢測結果見表4。由表4可見：UF出水的細菌總數僅為10 CFU/mL， 細菌去除率達到了99.6%，表明UF系統對細菌有較好的去除效果；RO進水的細菌總數是UF出水的3 250倍，表明廢水從UF出口流至RO進口的過程中受到了污染，或因管路太長且環境適宜導致細菌滋生迅速，因此，在實際運行過程中要對可能引入微生物污染的環節（如UF裝置后續的中間水箱、RO裝置的前置保安過濾器等）加強抑菌措施；RO出水的細菌總數是RO進水的3.1倍，不降反增，由此可判斷RO膜已受到微生物的污染，需要采取殺菌措施。

表4 B煉化公司雙膜處理裝置中細菌總數的檢測結果

2.2.2 RO膜專用非氧化性殺菌劑的篩選

篩選殺菌劑的正交實驗因素水平見表5，正交實驗結果見表6。

表5 正交實驗因素水平

表6 正交實驗結果

由表6可見：以殺菌率為考察指標時，各因素的影響大小順序為殺菌劑種類＞殺菌劑加入量＞殺菌時間；最佳工藝條件為A2B3C3，即殺菌劑選擇Trsea 380、殺菌劑加入量50 mg/L、殺菌時間2.0 h。在此殺菌條件下，以B煉化公司RO進水進行動態殺菌實驗，殺菌率達到100%。

3 結論

a）3M測試片法可應用于膜系統的微生物檢測，數據準確可靠，測定結果的準確度和精密度均達到要求，可以替代常規的平皿培養法。

b）3M測試片法在測定過程中省去了大量的前期準備工作，且菌落生長典型，可采用計數器計數，操作簡便，節省時間，在實際應用中具有優越性。

c）3M測試片法可用于測定膜系統進出水中的細菌總數，以此評價膜的微生物污染情況。測試結果顯示，B煉化公司雙膜系統的RO膜已受到微生物的污染。

d）針對特定的污水，采用3M測試片法可較方便快速地選擇有效的殺菌劑。對于B煉化公司RO進水，適宜的殺菌條件為：殺菌劑Trsea 380，殺菌劑加入量50 mg/L，殺菌時間2.0 h，殺菌率可達到100%。

［1］ Mulder M. 膜技術基本原理［M］. 李琳譯. 第2版. 北京：清華大學出版社，1999：1-12.

［2］ 楊永強，王玉杰，萬國暉，等. 超濾膜系統污染物的形貌及組成分析［J］. 化工環保，2012，32（2）：189-192.

［3］ 李寶，高大文，付源. 不同膜污染階段微生物特征與膜污染的關系［J］. 哈爾濱工業大學學報，2013，45（2）：31-35.

［4］ Shen Yuexiao，Zhao Wentao，Xiao Kang，et al.Asystematic insight into fouling propensity of soluble microbial products in membrane bioreactors based on drophobic interaction and size exclusion［J］. J Membr Sci，2010，346：187-193.

［5］ 馮向東. 影響反滲透進水SDI值得因素及控制措施［J］. 熱力發電，2007（9）：75-76，91.

［6］ 高秀紅，劉子明. 溶解性微生物代謝產物對膜污染的影響與控制研究［J］. 環境科學與管理，2013，38（7）：87-89.

［7］ 張峻峰，劉道亮，趙占民，等. 流式細胞術在微生物快速檢測領域的研究進展［J］. 食品工程，2010，3（9）：19-22.

［8］ 李利霞. ATP生物發光法檢測食品細菌總數試劑盒的研究［D］. 武漢：武漢工業學院，2011.

［9］ 衰莉紅，原銓. 牛奶中細菌總數快速檢測方法的建立及初步應用［C］∥上海美凱純生物科技有限公司. 2011年第四屆國際食品安全高峰論壇論文集，北京：北京食品學會和北京食品協會，2011：238-240.

［10］ 牛玉倩，孫宇梅，何聰芬. 細菌總數快速檢測技術的研究現狀［J］. 香料香精化妝品，2011，12（6）：51-55.

［11］ Hoszowski A. Rapid detection and enumeration of Salmonella in chicken carcassrinses using filtration，enrichment and colony blot immunoassay［J］. Inter J Food Microb，1996，28（3）：341-350.

［12］ 洪炳財，陳向標，賴明河. 食品中微生物快速檢測方法的研究進展［J］. 中國食物與營養，2013，19（5）：15-18

［13］ 史師. ATP熒光法快檢系統實現細菌總數快速檢測［J］. 食品安全導刊，2008（3）：51-52.

［14］ 魯巍，王云，張曉健. 飲用水中幾種細菌計數方法的比較［J］. 環境科學，2004，25（4）：167-169.

［15］ 宋春花. 3M測試片檢測原料乳菌落總數的比較試驗［J］. 食品安全與檢測，2004，11（11）：60-61.

［16］ 中華人民共和國國家進出口商品檢驗局. SN 0168—1992 出口食品平板菌落計數［S］. 北京：中國標準出版社，1993.

［17］ 中華人民共和國出入境檢驗檢疫局. SN/T 1897—2007食品中菌落總數的測定 Petrifilm?測試片法［S］. 北京：中國標準出版社，2007.