微電流對畜禽養殖污水中常見細菌的殺滅效果研究

向雙云，胡勇強，周珍輝

（1.北京農業職業學院，北京 102442；2.北京北理晨曦科技有限公司，北京 102422）

目前，水體消毒常用氯氣、次氯酸鈉等化學消毒法，以及臭氧、紫外線等物理消毒法［1］。 氯氣消毒在飲用水消毒中應用最為廣泛， 在防止疾病傳播和保障人體健康方面起到了至關重要的作用。但長期使用氯氣消毒對水管有腐蝕作用［2］，會產生三氯甲烷等“三致”物。次氯酸鈉殺菌迅速，生產成本低，但在消毒過程中也會產生三氯甲烷、二氯乙腈等有害物質［3］。 紫外線消毒具有殺菌效率高、殺菌譜廣、 不產生二次污染、 無生物免疫力等優點，但在應用中也存在一些不足之處，如光復活、穿透力低、沒有持續消毒能力［4］。 臭氧是一種無污染的潔凈消毒劑，消毒作用極強，但生產費用相對較高。 趙曙光等［5］研究了一種新的消毒方法——微電流電解消毒法， 發現該方法在海水維生系統中消毒效果優于臭氧消毒，能夠產生持續消毒能力。目前微電流應用于水體的殺菌已有較多研究［6-8］，但是對畜禽養殖水體中常見細菌的殺滅作用報道甚少。為了尋找新的畜禽養殖水體消毒方法，為預防動物疾病和保障動物養殖業健康發展提供有力保障，筆者在前期研究的基礎上，再次驗證微電流消毒方法對水中細菌的殺滅效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 菌種 大腸桿菌K88， 購于中國獸醫藥品監察所；金黃色葡萄球菌（ATCC 6538）、銅綠假單胞 菌 （ATCC 15442） 和 枯 草 芽 孢 桿 菌（ATCC 10231），由原軍事醫學科學院消毒檢測中心提供。

1.1.2 水樣 北京農業職業學院人工湖水， 京郊養殖場污水。

1.1.3 試劑 胰蛋白胨生理鹽水稀釋液， 硫代硫酸鈉，營養瓊脂培養基。

1.1.4 主要儀器 微電流消毒器，生物安全柜，電動混合器，恒溫培養箱，高壓蒸汽滅菌器。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌懸液的制備 將4 種菌的菌種管在二級生物與安全實驗室生物安全柜中用營養肉湯進行復蘇，然后分別接種于營養瓊脂斜面，放入恒溫培養箱，37 ℃培養22～24 h， 染色觀察合格后連續傳種3 代。取第3 代新鮮斜面，用胰蛋白胨生理鹽水稀釋液洗下培養物，備用。

1.2.2 中和劑鑒定試驗 以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為試驗指示菌，在前期研究的基礎上［9］，采用6 A 電流強度進行試驗，作用時間為6 min。 參照《獸用消毒劑鑒定技術規范（試行）》［10］和筆者所在課題組前期試驗方法［9］，確定中和劑及其濃度，進行分組試驗和結果評價。

1.2.3 人工染菌水樣消毒試驗 將4 種菌的菌懸液按比例分別加入一定量的滅菌純凈水， 使含菌量為1.00×108～5.00×108CFU/mL，用電動混合器混勻后分別加入4 臺不同的微電流消毒器。 取4 支滅菌試管，分別加入1 mL 中和劑，然后用移液器分別吸取4 種菌混合液1 mL 加入中和劑試管，用電動混合器混勻后，用滅菌純凈水進行10 倍系列稀釋。吸取不同稀釋度的菌液1 mL 置于無菌濾器中，抽濾后將濾膜貼到營養瓊脂培養基上進行48 h 培養，觀察結果，進行細菌含量計數，作為試驗對照。 每種染菌水樣的消毒試驗都采用6 A 電流強度進行試驗，分別在消毒2、4、6、8、10 min 時用移液器吸取1 mL 水樣，用對照組的濾膜法抽濾后進行細菌培養，并進行細菌含量計數［11］，試驗重復3 次。

1.2.4 影響因素試驗

1.2.4.1 水溫的影響 以大腸桿菌K88 為試驗指示菌，采用6 A 電流強度進行試驗。 將人工染菌水樣的溫度分別設定為5、20、30 ℃， 然后按照人工染菌水樣消毒方法進行試驗， 用微孔濾膜抽濾法進行消毒前后細菌含量的計數，試驗重復3 次。

1.2.4.2 pH 值的影響 以大腸桿菌K88 為試驗指示菌，采用6 A 電流強度進行試驗。 用鹽酸或氫氧化鈉溶液將人工染菌水樣pH 值分別調至6.5、7.0、8.5， 然后按照人工染菌水樣消毒方法進行試驗， 用微孔濾膜抽濾法進行消毒前后細菌含量的計數，試驗重復3 次。

1.2.5 不同水體消毒試驗 以北京農業職業學院人工湖水、京郊養殖場污水作為試驗水體，無菌采樣后加入微電流消毒器， 按照人工染菌水樣消毒試驗方法，采用6 A 電流強度進行試驗，分別在1、2、3、4、5 min 取樣1 mL， 用微孔濾膜抽濾法進行消毒前后細菌含量的計數，試驗重復3 次。

2 結果與分析

2.1 中和劑鑒定試驗結果

由表1 可知， 微電流+菌懸液組無菌生長，說明微電流對細菌的殺滅效果明顯；（微電流+菌懸液）+中和劑組有菌生長， 大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的平均含量均大于50 CFU/mL， 說明中和劑能有效中和微電流對細菌殺滅后產生的有害物質； 中和劑+菌懸液組、（微電流+中和劑）+菌懸液組、滅菌水+菌懸液組大腸桿菌平均含量和金黃色葡萄球菌平均含量均相近， 且平均細菌含量都達到1.00×107～5.00×107CFU/mL，組間誤差率不超過15%， 說明選用的硫代硫酸鈉中和劑沒有抑菌作用， 中和劑和微電流的中和產物對細菌繁殖無影響，試驗選用的中和劑符合規定要求。

2.2 人工染菌水樣消毒試驗結果

由圖1 可知，4 種菌懸液在6 A 電流強度的微電流作用2 min 時， 對3 種非芽孢菌的殺滅對數值均＞5.0， 對枯草芽孢桿菌的殺滅對數值＞4.0；作用4 min 時， 對4 種菌懸液的殺滅對數值均＞5.0，其中， 對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的殺滅對數值均＞6.0， 對大腸桿菌的殺滅對數值＞7.0；作用6 min 時，對3 種非芽孢桿菌殺滅對數值均＞7.0，對枯草芽孢桿菌的殺滅對數值＞6.0；作用8 min 和10 min 時，對4 種菌懸液的殺滅對數值均＞7.0。 結果表明， 微電流在短時間內對上述種類的細菌具有很好的殺滅效果。

表1 中和劑鑒定試驗結果 單位：CFU/mL

圖1 人工染菌水樣消毒試驗結果

2.3 影響因素試驗結果

2.3.1 水溫對消毒效果的影響 采用6 A 電流強度微電流對大腸桿菌菌懸液進行消毒， 將水樣的溫度分別設定為5、20、30 ℃。 如圖2 所示，各溫度條件下殺菌效果無差別；微電流作用2 min 時，對大腸桿菌殺滅對數值均＞6.0； 微電流作用4、6、8、10 min 時，對大腸桿菌殺滅對數值均＞7.0。

2.3.2 pH 值對消毒效果的影響 采用6 A 電流強度微電流對大腸桿菌菌懸液進行消毒， 將水樣的pH 值分別設定為6.5、7.0、8.5。 如圖3 所示，各pH 值條件下殺菌效果無差別； 微電流作用2 min 時，對大腸桿菌殺滅對數值均＞6.0；微電流作用4、6、8、10 min 時，對大腸桿菌殺滅對數值均＞7.0。

圖2 水溫對消毒效果的影響試驗結果

圖3 pH 值對消毒效果的影響試驗結果

表2 人工湖水消毒試驗結果

表3 養殖場污水消毒試驗結果

2.4 不同水樣消毒試驗結果

2.4.1 人工湖水消毒試驗 以北京農業職業學院人工湖水作為試驗水體，采用6 A 電流強度進行微電流消毒試驗。 由表2 可知，作用時間為1 min時，水體中細菌殺菌率達到99.69%；作用時間為3 min 時，殺菌率達到99.97%；作用時間為5 min時，水中的細菌總數下降至0 CFU/mL，殺菌效果明顯。

2.4.2 養殖場污水消毒試驗 以京郊養殖場污水作為試驗水體， 采用6 A 電流強度進行微電流消毒試驗。 由表3 可知，作用時間為1 min 時，水體中細菌殺菌率達到99.54%； 作用時間為4 min時， 殺菌率達到99.99%， 水中細菌已基本被殺滅；作用時間為5 min 時，水中的細菌總數下降至0 CFU/mL，能達到完全殺滅細菌的效果。

3 討論

3.1 微電流的作用特點

微電流消毒技術的原理是以水為介質， 在通電狀態時，帶負電的細菌向陽極靠近并聚集［12］，陽電極激發電子傳遞到陰極端， 同時會產生氧化活性物質，如·O、·Cl、·OH、ClO-、H2O2等［5］。這些活性物質能與糖、磷脂、有機酸等快速發生反應，破壞細菌細胞膜并滲透到細胞膜內， 氧化細菌的RNA、DNA，造成細菌失活或死亡，從而實現消毒功能。目前在微電流消毒技術中，陽電極采用的是荷蘭人Henri Bernard Beer 發明的具有催化活性的DSA 陽極（dimensionally stable anode）［13］，以金屬鈦或鈦合金為基體， 在表面涂敷具有巨大比表面積的鉑族元素氧化物材料。 北京藍景創新科技有限公司利用該種陽極材料， 設計了一種微電流電解消毒裝置［14］。該裝置可用于生活飲用水、中水和水產養殖水體的消毒， 公司將該專利技術應用于北京海洋館海水維生系統的消毒［5］。 與臭氧消毒方法相比， 微電流消毒方法對海水的物理特性和無機鹽類含量影響極小，且安全性能好。張德勝等［15］研究發現，微電流消毒可避免有害有機物的生成，無二次污染，且能耗低。 筆者所在課題組前期研究證明［16］，微電流對池塘水具有很好的消毒效果，采用4 A 微電流作用30 s 就能達到99.57%的殺菌率，表現了高效殺滅細菌的特點。

3.2 微電流對細菌的殺滅作用

張勝德等［17］研制的微電流殺菌器具有廣譜滅菌功能，對大腸桿菌的殺菌率可達99%以上。王雪峰等［18］研究表明，微電流對硝酸鹽還原菌、鐵細菌的殺菌率可達99%以上。Patermarakis 等［19］研究發現， 微電流對大腸桿菌和糞鏈球菌顯示出較強的殺滅作用。 李建宏等［20］研究了微電流對金黃色葡萄球菌的殺滅作用， 結果顯示在短時間內可獲得較好效果。 曾抗美等［21］以細菌總數和大腸菌群去除率為指標， 測定了微電流對河水樣本的消毒效果，發現微電流對天然水體殺菌效果很好。該研究選用了大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和枯草芽孢桿菌作為試驗菌。 大腸桿菌廣泛存在于動物腸道內，是細菌繁殖體中腸道菌的代表；金黃色葡萄球菌是動物細菌繁殖體中化膿性球菌的代表； 銅綠假單胞菌是動物感染中最常分離到的細菌繁殖體的代表； 枯草芽孢桿菌是用來評價微電流對芽孢消毒效果的指示菌， 是細菌芽孢的代表。人工染菌水樣消毒試驗結果表明，枯草芽孢桿菌的耐受力大于金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌，大腸桿菌的耐受力最低，殺滅效果最好。 但消毒時間達到8 min 時， 微電流處理對4 種菌懸液的殺滅對數值均＞7.0。 雖然微電流對不同細菌殺滅效果有所差別， 但在短時間內對各種細菌都表現出很好的殺滅效果。