某高層住宅小區排水立管生物膜形成過程及影響因素分析

鐘素娟 尤文貴

摘 要：建筑排水系統內微生物對人類的健康與疾病傳播有重要的影響，是一重大的公共衛生安全問題。為準確、全面地了解住宅排水立管生物膜形成情況及影響因素，開發健康安全的建筑排水系統，通過模擬管片掛膜，研究塑料管和鑄鐵管的生物膜發育過程及影響因素。

關鍵詞：住宅排水立管；生物膜；衛生性能；發育過程；影響因素

中圖分類號：TU991.38 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0068-02

Abstract： The microorganism in the building drainage system has an important impact on human health and disease transmission， and is one of the major issues concerning public health and safety. In order to understand the biofilm formation and influencing factors of residential drainage riser accurately and comprehensively， and to develop a healthy and safe building drainage system， the biofilm development process and influencing factors of plastic pipe and cast iron pipe were studied by simulating segment biofilm formation.

Keywords： residential drainage riser； biofilm； sanitary performance； developmental process； influencing factor

住宅排水立管和人們接觸緊密，管壁微生物污染釋放出的有毒有害氣體、包括病原微生物本身，很容易進入室內，影響人們的情緒和健康。2003年的陶大花園事件就是疾病通過排水系統傳播的典型案例[1，2]。SARS過后，人們開始關注排水系統的衛生性能，但是目前國內也大都是從水力學、新型地漏、水封保護角度進行研究，而從微生物本身出發的研究較少[3～5]。住宅排水立管生物膜在管壁上的附生、繁殖、穩定是一個漸進的過程，理論分析和文獻調研可知，生物膜在管壁上的發育過程與穩態生物量和水流剪切、基底粗糙度（管材）、有機底物營養成分、溫度等因素有關[6]。本實驗側重研究管壁生物膜隨時間的變化特征，并且探究管材以及自然環境的溫度對管壁生物膜的影響。

1 材料與方法

1.1 研究對象

福州某高層住宅小區，排水系統采用亞通PVC-U塑料管污廢合流制排放，隨機選取20處架空層檢查口進行實驗。本實驗長達半年，從2017年1月15日到2018年7月15日。

1.2 研究方法

（1）模擬管片掛膜

在實際建筑排水管段中取樣研究管壁的生物膜隨時間變化情況比較困難，本實驗采用模擬管片進行研究。采用30組塑料管片（5cm×5cm）和鑄鐵管片（5cm×5cm），放在小區架空層的排水立管檢查口處，進行模擬掛膜實驗，分別檢測10d、20d、1month、1.5months、2months、3months、4mo

nths、5months、6months的生物膜生物量，剩余3組備用，防止樣品丟失。管片可以接觸到排水管道排入的污廢水，隨著時間的積累，管片上會累積一定厚度的生物膜。本實驗可以很好地復制實際建筑排水管道中的生物膜的發育過程，可以隨時取出管片對生物膜的發生、發展以及變化進行有效的觀察和監測，也可以通過監測結果推測出PVC-U塑料管和鑄鐵管這兩種不同的管材對生物膜的影響。

（2）生物膜生物量測定

本實驗采用生物膜生物量測定方法（異養菌平板計數HPCs）來研究管壁的生物膜。10d、20d、1month、1.5months、2months、3months、4months、5months、6months，分別用排水立管原有的檢查口替換連接有管片的檢查口，每次實驗取出鑄鐵管片和塑料管片各3片。為除去掛在管片上的面巾紙，毛發等大塊的雜物，用生理鹽水輕輕潤洗管片，表面一部分松散的細菌也一并被去除了，這些都不認為是生物膜的組成部分。用鋸子鋸下管片，把管片帶回實驗室，放入裝有150mL生理鹽水的燒杯中水浴，用超聲波振蕩儀振蕩1分鐘，停止1分鐘，再振蕩1分鐘，循環5次，使菌膠團破碎。根據文獻資料[7]，經過超聲波振蕩，管壁表面80%～ 85%的永久附著菌，都將分散到生理鹽水溶液中。之后，進行活菌數的測定，菌落總數檢驗參照食品安全國家標準GB4789.2-2010[8]。掛有生物膜的管片面積，為管片雙面面積減去給水管橫截面積。給水管橫截面積為3.14×1.52÷4≈1.77cm2，生物膜面積為50-1.77=48.23cm2，單位面積生物膜加生理鹽水后的樣品體積為150÷48.23=3.11mL/cm2。

N1、N2-樣品菌落數（cfu/cm2）；A-該稀釋度的兩個平皿菌落數的平均值（cfu）；∑C-連續稀釋度平板菌落數之和（cfu）；D-稀釋因子（兩個連續稀釋度的為第一稀釋度）。

2 結果分析與討論

2.1 實驗數據處理

按照公式（1）、公式（2）計算管片生物膜單位面積菌落數（cfu/cm2），求平均值，并計算以菌落數的常用對數值lg表示的生物量。

取時間為橫坐標，生物量為縱坐標，作PVC-U塑料管管片和鑄鐵管管片生物量關于時間的變化曲線。

2.2 結論

（1）從圖2可以看出：PVC-U塑料管管片和鑄鐵管管片生物膜生物量隨時間的變化趨勢是一致的，發育過程基本不會因管材的不同而有所改變：0～20d時，處于對數增長階段；20d～30d時，處于線性增長階段；30d后，減速增長并趨于穩定。一個月左右，生物膜發育基本成熟了，生物膜發育成熟穩定后，生物量約在9.5～11之間。（2）在0～45d內，相同的培養時間時，PVC-U塑料管管片的生物量稍高于鑄鐵管管片的生物量，可能的原因是Fe3+的抑菌作用起主導作用；45d之后，鑄鐵管片生物膜的生物量反而稍高于PVC-U塑料管管片生物膜的生物量，說明生物膜成熟后，鑄鐵管片Fe3+的抑菌作用對生物膜的影響逐漸消除，管片表面的粗糙度起主導作用，PVC塑料管表面光滑，而鑄鐵管片腐蝕嚴重，表面凹凸不平，有孔洞和溶隙，藏有更多的微生物。（3）生物膜生物量和溫度有關，溫度高，生物膜生物量增多，20℃～30℃是最適合生物膜微生物生長的。掛膜三個月后，進入四五月份，福州地區溫度上升，平均約為25℃～30℃，微生物體內的酶活性提高，裂殖速率增大，世代時間變短，生物膜微生物的增加量和生物膜在各種物理力下的損失量慢慢進入一個新的動態平衡。

（4）建筑給排水行業也應充分考慮排水系統微生物污染所帶來的公共衛生問題，在建筑排水系統設計、施工等環節進行優化與改進，完善衛生性能，保護公眾健康，讓建筑排水系統更健康、更安全地為人們服務。

參考文獻：

[1]環境與健康雜志編輯部.世界衛生組織公布香港淘大花園SARS傳播的環境衛生報告[J].環境與健康雜志，2003，20（4）：245.

[2]陳志偉.“非典”引發對建筑排水系統現狀的思考及改進[J].中國給水排水，2003，19（9）：79-80.

[3]排水系統水封保護設計規程CECS172：2004[S].北京：中國工程建設標準化協會標準，2004.

[4]鐘素娟.建筑排水系統衛生功能研究進展[J].福建建設科技，2017，31（02）：62-64.

[5]劉德明，鐘素娟，許靜菊，等.高校宿舍樓排水系統內微生物污染現狀與分布特征研究[J].中國給水排水，2015（15）：45-48.

[6]任典君，徐燦華，王榮昌，等.管網內壁生物膜的形成與控制方法研究進展[J]，工業水處理，2007，27（12）：5-9.

[7]李爽，張曉健.給水管壁生物膜的生長發育及其影響因素[J].中國給水排水，2003（S1）：49-52.

[8]中華人民共和國衛生部.GB 4789.2-2010.食品安全國家標準，食品微生物學檢驗 菌落總數測定[S].北京：中國標準出版社，2010.