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純水系統的十二個微生物問題 (Part 2)
2017-02-07

純水系統的十二個微生物問題-170206.pdf

 

        純水系統的十二個微生物問題 (Part 2)


USP Standards

USP: United States Pharmacopoeia

Properties

USP ’Purified Water’

USP ’Water for Injection’ & ’Highly Purified Water’

Conductivity (µS/cm @ 25°C)

< 1.3

< 1.3

Total Organic Carbon (TOC) ppb or µg/L

< 500*

< 500*

Bacteria (guideline)

< 100 CFU/ml

< 10 CFU/100ml

Endotoxin (EU/ml)

N/A

0.25 EU/ml

   
7. 各種殺菌方法的原理探討

A:紫外線殺菌

紫外線殺菌法是目前常使用的殺菌方法之一,它的殺菌機制是破壞細菌核酸(DNA)的生命遺傳物質,使其無法複製及繁殖,其中主要的反應是UV光將核酸分子內的相鄰的Thymine 或 Cytosine鹽基之間產生新的共價鍵,變成雙合體(dimer)。

DNA cleavage.png


因為紫外線殺菌法安全,經濟,對菌種的殺菌差異性小,照射後的水質也不會受到改變,所以近年已廣泛使用這種方法,例如專業的純水系統及一般飲用水就使用這種殺菌法以達到微生物的控制目標。
紫外線殺菌法的缺點是在純水系統中,易誘發出photo-reactivation(光反應修補)機制,長期來看可能天擇(natural selection)出能夠抵抗紫外線的微生物,所以必須配合其它的手段來控制微生物濃度。
單獨使用時,紫外燈不是一種有效的方法,因為它無法去除已存在的菌膜(因為光線照不到)。

B:加熱殺菌(>80)

效果最好,殺菌後有沒有化學殘留問題,但成本也最高,約是傳統系統十倍以上的價格!

C: 化學殺菌

系統之化學藥劑消毒法,包括:
鹵化物、過氧化氫、臭氧或過醋酸等。
鹵化物(漂白水等)是有效的消毒劑,但很難從系統中沖洗掉(所以會有殘留問題,但成本最低,安全性最高),且破壞菌膜的能力較差。
過氧化氫、臭氧和過醋酸等化合物藉由形成活性過氧化物和自由基(以氫氧基最顯著),來氧化細菌和菌膜。
這些化合物,特別是臭氧的半衰期很短,因此在消毒過程中,需要持續添加。
過氧化氫和臭氧會迅速分解成水和氧;過醋酸在紫外燈下則分解成醋酸。

 

8. 純水系統為什麼一定要定期(化學藥劑)殺菌?
在任何開放的環境中,如果有水的存在,溫度又適中,微生物的孳生是必然的結果。
紫外燈不是完美的殺菌工具,因為照不到長菌膜的地方。
紫外燈不是完美的殺菌工具,因為非常容易篩選出抗紫外線的微生物。
因此,使用不同的殺菌方法才能對抗有生存智慧的微生物。
並且,正確來說,化學殺菌是針對菌膜而非懸浮性微生物,而紫外線殺菌是針對懸浮性微生物而非菌膜。

 

9. 死水會助長微生物的繁殖,但純水儲槽裡的水怎麼辦?
理想的解決方法就是將純水儲槽及配水管線納入<循環設計>
水系統應將儲存的純水予以再循環,以保持水的流動(理想上,是每秒流速1.2公尺或更高)。
不流動或低流動情況的水易助長微生物的增殖與菌膜的形成,特別是在水的輸送管線。
          

10.常見微生物失控的原因?

水溫過高: 環境溫度導致純水系統的水溫過高(>30℃),會使微生物繁殖速度加快到失控的地步,這種情況經常發生,因為大部分的業主都習慣性的將純水系統安置在最邊陲地帶,通常沒有空調,布滿灰塵,太陽直曬。

水溫過高: 直射陽光同樣會導致系統水溫過高(>30℃),使得微生物繁殖速度加快到失控的地步。

水質變差: 當水質變差(主要是RO或離子交換樹脂出問題)時,如果沒有警覺或立即改善,會因為水中的養分提高,也會導致微生物快速繁殖,絕大部分的用水者,不了解也不關心水質的變化。

合理用水量: 業主的純水系統的每日製水能力通常很大,但每天實際用水量卻很少,這樣會導致系統在大部分的時間是在停機狀態,也就是維持在死水狀態,這對微生物來說,好像是在天堂。

純水儲槽內的水是死水: 純水儲槽沒有<動態循環設計>,呈現死水狀態。

純水儲槽沒有氣密設計: 容易被環境汙染,變成細菌溫床。

管線水不流動: 單向水系統基本上是一個「死水管線」,供水管線非<動態循環設計>或流速不足,或存在嚴重的盲管(dead leg)問題,微生物的汙染是必然的宿命。

沒有定期更換耗材: 很多用戶認為用水量少,所以不須準時更換耗材,殊不知,活性碳及離子交換樹脂是細菌繁殖的溫床,使用越久,微生物繁殖越嚴重。

紫外燈的功能失效: 使用者要每周檢查紫外燈的功能,因為沒有光亮的紫外燈是完全沒有殺菌功能的,並且超過使用期限的紫外燈的強度是不足的,最好能定期更換。

沒有定期進行系統消毒(化學藥劑): 特別是針對純水儲槽及配水管線,因為單靠紫外燈是無法去除菌膜的。

 

11. 那麼要如何才能有效控制純水系統的微生物呢?

儘量確保純水水質(導電度或電阻值),因為水質纯度越高則越不易長菌,因為對微生物來說,水質越純,養分越低。

耗材要在合理的時間之後更換,用微生物的術語來說,避免使微生物的growth phase 從lag phase 進入到log phase,否則微生物數量會失控(通常耗材表面積佔純水整體表面積的98%以上,所以耗材是在純水系統中提供大量微生物孳生所需要之表面積之元兇)。

系統每天的運作時間要足夠,最好能在4小時/天以上,並且最好具備內部清洗(Flush)、消毒,循環等功能。

水質檢測功能要正常並準確,比方導電度計…等,最好能定期做校驗或儀表比對工作。

紫外線燈管一定要定期更換,因為超過使用期的紫外燈,即使還能點亮,但其強度已經嚴重衰減了,會使純水系統發展出菌膜(biofilm)的風險。

機台運作環境要儘量保持低溫(<30℃),衛生、通風、無塵,純化單體及流路標示清楚。
建立維修保養記錄簿,建立責任制及緊急聯絡人,並定期記錄所有水質狀況。

建立定期化學殺菌機制及週期,由專業的人員來執行。
改善配水管線的流路設計,希望能夠達到無死水,無盲管的狀況。

結論:

純水系統的微生物問題,遠比您想像的複雜很多,這是因為微生物是有生命的、有生存策略的、在地球上也生存了幾十億年了,再加上台灣的溼熱天氣,所以即使歐美國家生產的純水系統,往往對微生物的防護能力有時也力有未逮,所以,具備正確的觀念,尋找有能力的供應商,投入持續性的管理才是完全之道!!

台灣艾爾加生命科學() 公司    孫承儒

E-mail: charles.sun@elga.com.tw

Mobile: 0975-578-872

 

 

 

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