给水管网中耐氯性细菌的灭活特性研究

消毒实验． 实验中采用的次氯酸钠溶液为 5% 标准溶液稀
释配制得到，采用 DPD 法标定浓度． 一氯胺采用次 氯酸钠溶液和硫酸铵溶液按照 Cl2 ∶ N = 4 ∶ 1 （ 质量 比） 的比例配制得到，此时一氯胺中自由氯小于总 浓度的 5% ． 二氧化氯溶液通过稀释标准品得到，并 采用五步碘量法标定其浓度． 单过硫酸氢钾溶液采 用 DPD 法标定浓度．
第 33 卷第 1 期 2012 年 1 月
环境科学 ENVIRONMENTAL SCIENCE
Vol． 33，No． 1 Jan． ，2012
给水管网中耐氯性细菌的灭活特性研究
陈雨乔，段晓笛，陆品品，王茜，张晓健，陈超*
（ 清华大学环境学院，北京 100084） 摘要： 使用 4 种常见消毒剂对从实际管网中分离出来的 7 株耐氯性细菌进行消毒实验． 结果表明，这 7 株细菌均具有较高的 耐氯性，其中 1 株耐氯性最高的类龟分支杆菌自由氯 99. 9% 灭活的 CT 值为 120 mg·（ L·min） －1 ，另外 2 株血红鞘氨醇单胞菌 和甲基杆菌 99. 9% 灭活的 CT 值分别为 7 mg·（ L·min） － 1 和 4 mg·（ L·min） － 1 ． 比较 4 种消毒剂的消毒效果发现，二氧化氯和单 过硫酸氢钾的消毒效果较好，能够在 30 min 内使分支杆菌的灭活率达到 5 个数量级． 自由氯由于衰减较快，消毒效果不佳． 一 氯胺能够维持一定的消毒剂浓度，但由于其氧化性较弱，因此需要提高浓度，才能满足消毒要求． 能在 1 h 内灭活 3 个数量级 以上分支杆菌的消毒剂投加量为： 3. 0 mg / L 一氯胺、1. 0 mg / L 二氧化氯（ 以 Cl2 计） 和 1. 0 mg / L 单过硫酸氢钾（ 以 Cl2 计） ． 考 虑到我国水厂消毒的实际 情 况，建 议 采 用 间 歇 性 提 高 一 氯 胺 浓 度 或 改 换 二 氧 化 氯 消 毒 的 方 法 ，提 高 对 耐 氯 性 细 菌 的 灭 活 效果． 关键词： 给水系统； 类龟分支杆菌； 血红鞘氨醇单胞菌； 甲基杆菌； 消毒； 灭活特性
CHEN Yu-qiao，DUAN Xiao-di，LU Pin-pin，WANG Qian，ZHANG Xiao-jian，CHEN Chao
（ School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China）
Abstract： Inactivation experiments of seven strains of chlorine-resistant bacteria，isolated from a drinking water distribution system， were conducted with four kinds of disinfectants． All the bacteria showed high resistance to chlorine，especially for Mycobacterium mucogenicum． The CT value of 99. 9% inactivation for M． mucogenicum，Sphingomonas sanguinis and Methylobacterium were 120 mg ·（ L·min） － 1 ，7 mg·（ L·min） － 1 and 4 mg·（ L·min） － 1 ，respectively． The results of inactivation experiments showed that chlorine dioxide and potassium monopersulfate could inactive 5 lg of M． mucogenicum within 30 min，which showed significantly higher efficiency than free chlorine and monochloramine． Free chlorine was less effective because the disinfectant decayed very quickly． Chloramination needed higher concentration to meet the disinfection requirements． The verified dosage of disinfectants，which could effectively inactivate 99. 9% of the highly chlorine-resistant M． mucogenicum within 1 h，were 3. 0 mg / L monochloramine，1. 0 mg / L chlorine dioxide （ as Cl2 ） ，and 1. 0 mg / L potassium monopersulfate （ as Cl2 ） ． It was suggested that the water treatment plants increase the concentration of monochloramine or apply chlorine dioxide intermittently to control the disinfectant-resistant bacteria． Key words： drinking water system； Mycobacterium mucogenicum； Sphingomonas sanguinis； Methylobacterium； disinfection； inactivation characteristics
2 血红鞘氨醇单胞菌 Sphingomonas sanguinis
3 甲基杆菌
Methylobacterium
白色 黄色 红色
阳性 阴性 阴性
异养 异养； 好氧 异养； 严格好氧
杆状或球菌状 （ 0. 2 ～ 0. 6） × （ 1. 0 ～ 10）
短杆状
—
直杆状
0. 6 × 1. 0
1. 2 实验菌株的富集培养 由于 7 株细菌中有 3 株成团现象严重，极难分
中图分类号： X172 文献标识码： A 文章编号： 0250-3301（ 2012） 01-0104-06
Inactivation of the Chlorine-resistant Bacteria Isolated from the Drinking Water
Distribution System
供水系统中存在的耐氯菌的研究还不多，缺乏对其 氯胺有很强的耐受性，于是将其富集保藏作为进一
有效的控制手段． 本文通过对从南方某供水管网中 步实验菌种．
分离出的 7 株“耐氯菌”开展较为全面的灭活研究，
这 7 株细菌经中国工业微生物菌种保藏中心
得出有效灭活这 7 株耐氯菌的消毒剂有效浓度等参 （ CICC） 对其 16S rRNA 和 ropB 基因序列［16］测序鉴
综合考虑菌种的耐氯性以及实际供水系统中消 毒剂的浓度，选择相当于 1 mg / L有效氯的各种消毒 剂进行实验（ 下文中各消毒剂浓度均以 Cl2 计） ． 消 毒实验条件为： pH = 7、t = 25℃ ，实验流程如图 1 所 示． 向含有 1 L 人工污染水样的反应器中加入待测 消毒剂，接触一定时间（ 5 min、10 min、15 min、30
分枝杆菌、血红鞘氨醇单胞菌及甲基杆菌均采 用 R2A 平板计数法，22℃ 培养 7 d． 金黄色葡萄球菌 采用营养肉汤平板计数法，37℃ 培养 24 h． 实验采用 不同的稀释比以及 3 组平行实验和空白对照保证实 验精度［18，19］． 1. 3 消毒实验流程
将培养液以4 000 r·min － 1 的速度离心 10 min， 弃去上清． 沉淀用 pH = 7 的磷酸盐缓冲溶液洗涤 3 次后，稀释到约为 106 CFU / mL，制成污染水样，进行
越来越多的临床检测样本中分离出了类龟分支杆菌 复合物，其 中 涉 及 最 多 的 病 例 是 生 物 导 管 相 关 的 感染．
目前氯 消 毒 仍 是 我 国 最 普 遍 使 用 的 消 毒 方 法［11，12］，因此“耐氯菌”的存在对饮用水微生物学安 全构成了威胁． 一方面有些耐氯菌属于病原菌或者 条件致病菌，如分枝杆菌、军团菌等［13，14］； 如果它们 没有被净水工艺去除或被消毒灭活，进入管网后，会 直接引起用户感染介水传染病的风险． 另一方面，某
散，不利于初期对于悬浮态细菌灭活特性的研究，本 实验选取了 3 号和 7 号这 2 株分枝杆菌，以及 4 号 血红鞘氨醇单胞菌和 5 号甲基杆菌开展进一步的消 毒实验． 其中 3 号和 7 号这 2 株细菌虽然都属于类 龟分枝杆菌，但在实验中却具有明显不同的消毒抵 抗特性，限于鉴定条件，无法给出更为明确的区分． 在文中以 3 号分枝杆菌和 7 号分枝杆菌予以说明．
收稿日期： 2011-03-15； 修订日期： 2011-05-16 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 50708050） ； 国家水体污染控制
与治理科技重大专项（ 2008ZX07420-005） 作者简介： 陈雨乔（ 1986 ～ ） ，女，硕士研究生，主要研究方向为饮用
水消毒，E-mail： chenyq04@ mails． tsinghua． edu． cn * 通讯联系人，E-mail： chen_water@ tsinghua． edu． cn
早在1947年人们就在氯浓度足够大的水中观察到有细菌生存此后对次氯酸钠具有抗性的大肠埃希菌株肠球菌株对氯胺有抗性的克雷伯杆菌株铜绿假单胞菌株伤寒杆菌株等陆续被报disinfectantresistantbacteria也翻译为抗氯近年来很多国家的供水系统中检出分支杆菌引起了人们广泛的关注通常研究认为分枝杆菌具有条件致病性可导致免疫功能低下的人感越来越多的临床检测样本中分离出了类龟分支杆菌复合物其中涉及最多的病例是生物导管相关的感染
在南方某大型城市的自来水管网水样中富集分 学院微生物菌种Table 1 List of bacteria studied in the experiment
编号 中文名
英文名
颜色 革兰氏染色 营养类型
菌体形状
体积 / μm
1 类龟分枝杆菌
Mycobacterium mucogenicum
1期
陈雨乔等： 给水管网中耐氯性细菌的灭活特性研究
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些非致病性耐氯菌在管网中以生物膜或悬浮生长的 离到 7 株细菌． 这些细菌在该城市管网中长期存在，
形式长期存在，会降低供水管网的生物稳定性，导致 用户龙头水细菌总数等指标超标［15］． 目前我国对于
并能在实验室 1 mg / L 的一氯胺溶液条件下存活 10 h． 由此可以断定这几株细菌对含氯消毒剂尤其是一
数，对于提高供水管网的生物稳定性，保证饮用水的 定，分别属于类龟分支杆菌、血红鞘氨醇单胞菌以及
微生物安全，具有重要的意义．
甲基杆菌． 各菌株的特性见表 1．
1 材料与方法
为了解这几株细菌的耐氯性，选取饮用水中常 见的大肠杆菌和耐氯性较强的金黄色葡萄球菌作为
1. 1 实验菌种分离鉴定
对比． 金黄色葡萄球菌（ CGMCC1. 2465） 购自中国科
研究发现某些细菌对氯消毒剂的耐受能力比较 强，能够在含有较高余氯浓度的自来水厂、管网等供 水系统中存活． 早在 1947 年人们就在氯浓度足够大 的水中观察到有细菌生存，此后对次氯酸钠具有抗 性的大肠埃希菌株、肠球菌株，对氯胺有抗性的克雷 伯杆菌株、铜绿假单胞菌株、伤寒杆菌株等陆续被报 道［1，2］． 这些对氯具有较高耐受性的细菌被称作“耐 氯菌”（ disinfectant-resistant bacteria，也翻译为“抗氯 菌”） ［3］． 近年来很多国家的供水系统中检出分支杆 菌，引起了人们广泛的关注［4 ～ 6］． 通常研究认为分枝 杆菌具有条件致病性，可导致免疫功能低下的人感 染疾病［7，8］． 也有研究报道称，某些分支杆菌如鸟分 枝杆菌，能够诱发有免疫缺陷的人感染肺病和支气 管扩张症［9］． 埃默里大学医学中心的研究指出［10］，
富集培养： 挑取一环斜面上的菌株，接种在已灭 菌的 R2A 培养液中，22℃ 水浴摇床振荡培养 7 d． 用 接种环取第 1 代培养的菌悬液，划线接种于 R2A 琼 脂培养基平板上，22℃ 培养 7 d． 再挑取第 2 代培养 物的典型菌落于 R2A 培养液中［17］，恒温振荡培养 至浊度达到 0. 6（ 此时细菌从对数期到达稳定期） 作 为实验菌种．