某高层住宅小区排水立管生物膜形成过程及影响因素分析

钟素娟 尤文贵

摘 要：建筑排水系统内微生物对人类的健康与疾病传播有重要的影响，是一重大的公共卫生安全问题。为准确、全面地了解住宅排水立管生物膜形成情况及影响因素，开发健康安全的建筑排水系统，通过模拟管片挂膜，研究塑料管和铸铁管的生物膜发育过程及影响因素。

关键词：住宅排水立管；生物膜；卫生性能；发育过程；影响因素

中图分类号：TU991.38 文献标志码：A 文章编号：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触紧密，管壁微生物污染释放出的有毒有害气体、包括病原微生物本身，很容易进入室内，影响人们的情绪和健康。2003年的陶大花园事件就是疾病通过排水系统传播的典型案例[1，2]。SARS过后，人们开始关注排水系统的卫生性能，但是目前国内也大都是从水力学、新型地漏、水封保护角度进行研究，而从微生物本身出发的研究较少[3～5]。住宅排水立管生物膜在管壁上的附生、繁殖、稳定是一个渐进的过程，理论分析和文献调研可知，生物膜在管壁上的发育过程与稳态生物量和水流剪切、基底粗糙度（管材）、有机底物营养成分、温度等因素有关[6]。本实验侧重研究管壁生物膜随时间的变化特征，并且探究管材以及自然环境的温度对管壁生物膜的影响。

1 材料与方法

1.1 研究对象

福州某高层住宅小区，排水系统采用亚通PVC-U塑料管污废合流制排放，随机选取20处架空层检查口进行实验。本实验长达半年，从2017年1月15日到2018年7月15日。

1.2 研究方法

（1）模拟管片挂膜

在实际建筑排水管段中取样研究管壁的生物膜随时间变化情况比较困难，本实验采用模拟管片进行研究。采用30组塑料管片（5cm×5cm）和铸铁管片（5cm×5cm），放在小区架空层的排水立管检查口处，进行模拟挂膜实验，分别检测10d、20d、1month、1.5months、2months、3months、4mo

nths、5months、6months的生物膜生物量，剩余3组备用，防止样品丢失。管片可以接触到排水管道排入的污废水，随着时间的积累，管片上会累积一定厚度的生物膜。本实验可以很好地复制实际建筑排水管道中的生物膜的发育过程，可以随时取出管片对生物膜的发生、发展以及变化进行有效的观察和监测，也可以通过监测结果推测出PVC-U塑料管和铸铁管这两种不同的管材对生物膜的影响。

（2）生物膜生物量测定

本实验采用生物膜生物量测定方法（异养菌平板计数HPCs）来研究管壁的生物膜。10d、20d、1month、1.5months、2months、3months、4months、5months、6months，分别用排水立管原有的检查口替换连接有管片的检查口，每次实验取出铸铁管片和塑料管片各3片。为除去挂在管片上的面巾纸，毛发等大块的杂物，用生理盐水轻轻润洗管片，表面一部分松散的细菌也一并被去除了，这些都不认为是生物膜的组成部分。用锯子锯下管片，把管片带回实验室，放入装有150mL生理盐水的烧杯中水浴，用超声波振荡仪振荡1分钟，停止1分钟，再振荡1分钟，循环5次，使菌胶团破碎。根据文献资料[7]，经过超声波振荡，管壁表面80%～ 85%的永久附着菌，都将分散到生理盐水溶液中。之后，进行活菌数的测定，菌落总数检验参照食品安全国家标准GB4789.2-2010[8]。挂有生物膜的管片面积，为管片双面面积减去给水管横截面积。给水管横截面积为3.14×1.52÷4≈1.77cm2，生物膜面积为50-1.77=48.23cm2，单位面积生物膜加生理盐水后的样品体积为150÷48.23=3.11mL/cm2。

N1、N2-样品菌落数（cfu/cm2）；A-该稀释度的两个平皿菌落数的平均值（cfu）；∑C-连续稀释度平板菌落数之和（cfu）；D-稀释因子（两个连续稀释度的为第一稀释度）。

2 结果分析与讨论

2.1 实验数据处理

按照公式（1）、公式（2）计算管片生物膜单位面积菌落数（cfu/cm2），求平均值，并计算以菌落数的常用对数值lg表示的生物量。

取时间为横坐标，生物量为纵坐标，作PVC-U塑料管管片和铸铁管管片生物量关于时间的变化曲线。

2.2 结论

（1）从图2可以看出：PVC-U塑料管管片和铸铁管管片生物膜生物量随时间的变化趋势是一致的，发育过程基本不会因管材的不同而有所改变：0～20d时，处于对数增长阶段；20d～30d时，处于线性增长阶段；30d后，减速增长并趋于稳定。一个月左右，生物膜发育基本成熟了，生物膜发育成熟稳定后，生物量约在9.5～11之间。（2）在0～45d内，相同的培养时间时，PVC-U塑料管管片的生物量稍高于铸铁管管片的生物量，可能的原因是Fe3+的抑菌作用起主导作用；45d之后，铸铁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，说明生物膜成熟后，铸铁管片Fe3+的抑菌作用对生物膜的影响逐渐消除，管片表面的粗糙度起主导作用，PVC塑料管表面光滑，而铸铁管片腐蚀严重，表面凹凸不平，有孔洞和溶隙，藏有更多的微生物。（3）生物膜生物量和温度有关，温度高，生物膜生物量增多，20℃～30℃是最适合生物膜微生物生长的。挂膜三个月后，进入四五月份，福州地区温度上升，平均约为25℃～30℃，微生物体内的酶活性提高，裂殖速率增大，世代时间变短，生物膜微生物的增加量和生物膜在各种物理力下的损失量慢慢进入一个新的动态平衡。

（4）建筑给排水行业也应充分考虑排水系统微生物污染所带来的公共卫生问题，在建筑排水系统设计、施工等环节进行优化与改进，完善卫生性能，保护公众健康，让建筑排水系统更健康、更安全地为人们服务。

参考文献：

[1]环境与健康杂志编辑部.世界卫生组织公布香港淘大花园SARS传播的环境卫生报告[J].环境与健康杂志，2003，20（4）：245.

[2]陈志伟.“非典”引发对建筑排水系统现状的思考及改进[J].中国给水排水，2003，19（9）：79-80.

[3]排水系统水封保护设计规程CECS172：2004[S].北京：中國工程建设标准化协会标准，2004.

[4]钟素娟.建筑排水系统卫生功能研究进展[J].福建建设科技，2017，31（02）：62-64.

[5]刘德明，钟素娟，许静菊，等.高校宿舍楼排水系统内微生物污染现状与分布特征研究[J].中国给水排水，2015（15）：45-48.

[6]任典君，徐灿华，王荣昌，等.管网内壁生物膜的形成与控制方法研究进展[J]，工业水处理，2007，27（12）：5-9.

[7]李爽，张晓健.给水管壁生物膜的生长发育及其影响因素[J].中国给水排水，2003（S1）：49-52.

[8]中华人民共和国卫生部.GB 4789.2-2010.食品安全国家标准，食品微生物学检验 菌落总数测定[S].北京：中国标准出版社，2010.