微电流对畜禽养殖污水中常见细菌的杀灭效果研究

向双云，胡勇强，周珍辉

（1.北京农业职业学院，北京 102442；2.北京北理晨曦科技有限公司，北京 102422）

目前，水体消毒常用氯气、次氯酸钠等化学消毒法，以及臭氧、紫外线等物理消毒法［1］。 氯气消毒在饮用水消毒中应用最为广泛， 在防止疾病传播和保障人体健康方面起到了至关重要的作用。但长期使用氯气消毒对水管有腐蚀作用［2］，会产生三氯甲烷等“三致”物。次氯酸钠杀菌迅速，生产成本低，但在消毒过程中也会产生三氯甲烷、二氯乙腈等有害物质［3］。 紫外线消毒具有杀菌效率高、杀菌谱广、 不产生二次污染、 无生物免疫力等优点，但在应用中也存在一些不足之处，如光复活、穿透力低、没有持续消毒能力［4］。 臭氧是一种无污染的洁净消毒剂，消毒作用极强，但生产费用相对较高。 赵曙光等［5］研究了一种新的消毒方法——微电流电解消毒法， 发现该方法在海水维生系统中消毒效果优于臭氧消毒，能够产生持续消毒能力。目前微电流应用于水体的杀菌已有较多研究［6-8］，但是对畜禽养殖水体中常见细菌的杀灭作用报道甚少。为了寻找新的畜禽养殖水体消毒方法，为预防动物疾病和保障动物养殖业健康发展提供有力保障，笔者在前期研究的基础上，再次验证微电流消毒方法对水中细菌的杀灭效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 菌种 大肠杆菌K88， 购于中国兽医药品监察所；金黄色葡萄球菌（ATCC 6538）、铜绿假单胞 菌 （ATCC 15442） 和 枯 草 芽 孢 杆 菌（ATCC 10231），由原军事医学科学院消毒检测中心提供。

1.1.2 水样 北京农业职业学院人工湖水， 京郊养殖场污水。

1.1.3 试剂 胰蛋白胨生理盐水稀释液， 硫代硫酸钠，营养琼脂培养基。

1.1.4 主要仪器 微电流消毒器，生物安全柜，电动混合器，恒温培养箱，高压蒸汽灭菌器。

1.2 试验方法

1.2.1 菌悬液的制备 将4 种菌的菌种管在二级生物与安全实验室生物安全柜中用营养肉汤进行复苏，然后分别接种于营养琼脂斜面，放入恒温培养箱，37 ℃培养22～24 h， 染色观察合格后连续传种3 代。取第3 代新鲜斜面，用胰蛋白胨生理盐水稀释液洗下培养物，备用。

1.2.2 中和剂鉴定试验 以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为试验指示菌，在前期研究的基础上［9］，采用6 A 电流强度进行试验，作用时间为6 min。 参照《兽用消毒剂鉴定技术规范（试行）》［10］和笔者所在课题组前期试验方法［9］，确定中和剂及其浓度，进行分组试验和结果评价。

1.2.3 人工染菌水样消毒试验 将4 种菌的菌悬液按比例分别加入一定量的灭菌纯净水， 使含菌量为1.00×108～5.00×108CFU/mL，用电动混合器混匀后分别加入4 台不同的微电流消毒器。 取4 支灭菌试管，分别加入1 mL 中和剂，然后用移液器分别吸取4 种菌混合液1 mL 加入中和剂试管，用电动混合器混匀后，用灭菌纯净水进行10 倍系列稀释。吸取不同稀释度的菌液1 mL 置于无菌滤器中，抽滤后将滤膜贴到营养琼脂培养基上进行48 h 培养，观察结果，进行细菌含量计数，作为试验对照。 每种染菌水样的消毒试验都采用6 A 电流强度进行试验，分别在消毒2、4、6、8、10 min 时用移液器吸取1 mL 水样，用对照组的滤膜法抽滤后进行细菌培养，并进行细菌含量计数［11］，试验重复3 次。

1.2.4 影响因素试验

1.2.4.1 水温的影响 以大肠杆菌K88 为试验指示菌，采用6 A 电流强度进行试验。 将人工染菌水样的温度分别设定为5、20、30 ℃， 然后按照人工染菌水样消毒方法进行试验， 用微孔滤膜抽滤法进行消毒前后细菌含量的计数，试验重复3 次。

1.2.4.2 pH 值的影响 以大肠杆菌K88 为试验指示菌，采用6 A 电流强度进行试验。 用盐酸或氢氧化钠溶液将人工染菌水样pH 值分别调至6.5、7.0、8.5， 然后按照人工染菌水样消毒方法进行试验， 用微孔滤膜抽滤法进行消毒前后细菌含量的计数，试验重复3 次。

1.2.5 不同水体消毒试验 以北京农业职业学院人工湖水、京郊养殖场污水作为试验水体，无菌采样后加入微电流消毒器， 按照人工染菌水样消毒试验方法，采用6 A 电流强度进行试验，分别在1、2、3、4、5 min 取样1 mL， 用微孔滤膜抽滤法进行消毒前后细菌含量的计数，试验重复3 次。

2 结果与分析

2.1 中和剂鉴定试验结果

由表1 可知， 微电流+菌悬液组无菌生长，说明微电流对细菌的杀灭效果明显；（微电流+菌悬液）+中和剂组有菌生长， 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的平均含量均大于50 CFU/mL， 说明中和剂能有效中和微电流对细菌杀灭后产生的有害物质； 中和剂+菌悬液组、（微电流+中和剂）+菌悬液组、灭菌水+菌悬液组大肠杆菌平均含量和金黄色葡萄球菌平均含量均相近， 且平均细菌含量都达到1.00×107～5.00×107CFU/mL，组间误差率不超过15%， 说明选用的硫代硫酸钠中和剂没有抑菌作用， 中和剂和微电流的中和产物对细菌繁殖无影响，试验选用的中和剂符合规定要求。

2.2 人工染菌水样消毒试验结果

由图1 可知，4 种菌悬液在6 A 电流强度的微电流作用2 min 时， 对3 种非芽孢菌的杀灭对数值均＞5.0， 对枯草芽孢杆菌的杀灭对数值＞4.0；作用4 min 时， 对4 种菌悬液的杀灭对数值均＞5.0，其中， 对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭对数值均＞6.0， 对大肠杆菌的杀灭对数值＞7.0；作用6 min 时，对3 种非芽孢杆菌杀灭对数值均＞7.0，对枯草芽孢杆菌的杀灭对数值＞6.0；作用8 min 和10 min 时，对4 种菌悬液的杀灭对数值均＞7.0。 结果表明， 微电流在短时间内对上述种类的细菌具有很好的杀灭效果。

表1 中和剂鉴定试验结果 单位：CFU/mL

图1 人工染菌水样消毒试验结果

2.3 影响因素试验结果

2.3.1 水温对消毒效果的影响 采用6 A 电流强度微电流对大肠杆菌菌悬液进行消毒， 将水样的温度分别设定为5、20、30 ℃。 如图2 所示，各温度条件下杀菌效果无差别；微电流作用2 min 时，对大肠杆菌杀灭对数值均＞6.0； 微电流作用4、6、8、10 min 时，对大肠杆菌杀灭对数值均＞7.0。

2.3.2 pH 值对消毒效果的影响 采用6 A 电流强度微电流对大肠杆菌菌悬液进行消毒， 将水样的pH 值分别设定为6.5、7.0、8.5。 如图3 所示，各pH 值条件下杀菌效果无差别； 微电流作用2 min 时，对大肠杆菌杀灭对数值均＞6.0；微电流作用4、6、8、10 min 时，对大肠杆菌杀灭对数值均＞7.0。

图2 水温对消毒效果的影响试验结果

图3 pH 值对消毒效果的影响试验结果

表2 人工湖水消毒试验结果

表3 养殖场污水消毒试验结果

2.4 不同水样消毒试验结果

2.4.1 人工湖水消毒试验 以北京农业职业学院人工湖水作为试验水体，采用6 A 电流强度进行微电流消毒试验。 由表2 可知，作用时间为1 min时，水体中细菌杀菌率达到99.69%；作用时间为3 min 时，杀菌率达到99.97%；作用时间为5 min时，水中的细菌总数下降至0 CFU/mL，杀菌效果明显。

2.4.2 养殖场污水消毒试验 以京郊养殖场污水作为试验水体， 采用6 A 电流强度进行微电流消毒试验。 由表3 可知，作用时间为1 min 时，水体中细菌杀菌率达到99.54%； 作用时间为4 min时， 杀菌率达到99.99%， 水中细菌已基本被杀灭；作用时间为5 min 时，水中的细菌总数下降至0 CFU/mL，能达到完全杀灭细菌的效果。

3 讨论

3.1 微电流的作用特点

微电流消毒技术的原理是以水为介质， 在通电状态时，带负电的细菌向阳极靠近并聚集［12］，阳电极激发电子传递到阴极端， 同时会产生氧化活性物质，如·O、·Cl、·OH、ClO-、H2O2等［5］。这些活性物质能与糖、磷脂、有机酸等快速发生反应，破坏细菌细胞膜并渗透到细胞膜内， 氧化细菌的RNA、DNA，造成细菌失活或死亡，从而实现消毒功能。目前在微电流消毒技术中，阳电极采用的是荷兰人Henri Bernard Beer 发明的具有催化活性的DSA 阳极（dimensionally stable anode）［13］，以金属钛或钛合金为基体， 在表面涂敷具有巨大比表面积的铂族元素氧化物材料。 北京蓝景创新科技有限公司利用该种阳极材料， 设计了一种微电流电解消毒装置［14］。该装置可用于生活饮用水、中水和水产养殖水体的消毒， 公司将该专利技术应用于北京海洋馆海水维生系统的消毒［5］。 与臭氧消毒方法相比， 微电流消毒方法对海水的物理特性和无机盐类含量影响极小，且安全性能好。张德胜等［15］研究发现，微电流消毒可避免有害有机物的生成，无二次污染，且能耗低。 笔者所在课题组前期研究证明［16］，微电流对池塘水具有很好的消毒效果，采用4 A 微电流作用30 s 就能达到99.57%的杀菌率，表现了高效杀灭细菌的特点。

3.2 微电流对细菌的杀灭作用

张胜德等［17］研制的微电流杀菌器具有广谱灭菌功能，对大肠杆菌的杀菌率可达99%以上。王雪峰等［18］研究表明，微电流对硝酸盐还原菌、铁细菌的杀菌率可达99%以上。Patermarakis 等［19］研究发现， 微电流对大肠杆菌和粪链球菌显示出较强的杀灭作用。 李建宏等［20］研究了微电流对金黄色葡萄球菌的杀灭作用， 结果显示在短时间内可获得较好效果。 曾抗美等［21］以细菌总数和大肠菌群去除率为指标， 测定了微电流对河水样本的消毒效果，发现微电流对天然水体杀菌效果很好。该研究选用了大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌作为试验菌。 大肠杆菌广泛存在于动物肠道内，是细菌繁殖体中肠道菌的代表；金黄色葡萄球菌是动物细菌繁殖体中化脓性球菌的代表； 铜绿假单胞菌是动物感染中最常分离到的细菌繁殖体的代表； 枯草芽孢杆菌是用来评价微电流对芽孢消毒效果的指示菌， 是细菌芽孢的代表。人工染菌水样消毒试验结果表明，枯草芽孢杆菌的耐受力大于金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌，大肠杆菌的耐受力最低，杀灭效果最好。 但消毒时间达到8 min 时， 微电流处理对4 种菌悬液的杀灭对数值均＞7.0。 虽然微电流对不同细菌杀灭效果有所差别， 但在短时间内对各种细菌都表现出很好的杀灭效果。