生物膜形成原因、特性及解决方案

一．生物膜定义和形成原因

生物膜由细菌、真菌、原生动物和/或藻类的混合物组成，它们彼此共生。它们通常被认为是一层黏液或一层厚度、颜色和稠度不同的涂层，通常形成在气相和液相边界层上，如管道、冷却塔、排水管和其他输水系统。特征性生物膜黏液基质由微生物产生的胞外聚合物（EPS）组成，与水形成水凝胶。

当微生物滞留在水系统边界上（如管道内壁和水箱内壁或附着于惰性或活性实体的表面，这些微生物就会进行繁殖、分化，并分泌一些多糖基质，将菌体群落包裹其中而形成的细菌/微生物聚集体膜状物，这就是生物膜形成原因。单个生物被膜可由一种或多种不同的微生物形成。

二．生物膜与其环境抗性

EPS由多种长链多糖组成，如褐藻酸盐和纤维素，可以形成非常稳定的基质。食品工业利用这些特性生产增稠剂等产品。对于微生物来说，生活在生物膜中有许多益处。它们有更稳定的食物供应，有一定程度的干燥保护，并享有相当大的防护，免受杀菌剂和其他不利的环境影响。尤其是对氯、臭氧和紫外线辐射的抗性随着生物膜厚度的增加而显著增加。

三．使用二氧化氯（ClO2）处理生物膜

文献中普遍认为，二氧化氯（ClO2）是一种很好的生物膜防护剂。经实践证明，使用使用0.2 mg/l的二氧化氯（饮用水处理的最大允许剂量），经过70天处理周期可显著减少微生物（但不会杀灭所有微生物，来自Otte et al., 2004; Lenz, 2011）。然而，二氧化氯的较强的腐蚀性是一个难以回避的问题（来自Hub-bard et al., 2009），这对许多设施来说，需要投入高昂的运行和维护费用来尽量降低二氧化氯腐蚀性的危害，且在一定程度上减少了设备的寿命周期，长远来说得不偿失。除此之外，现场操作者需要忍受二氧化氯刺鼻气味和致畸的潜在风险，这无疑极大增加了职业健康危害防控和赔付的风险。在这种情况下，设备运营商需要杀菌效力更高，腐蚀性更低的产品来达到杀灭微生物和消除生物膜的效果。

四．生物膜对过氧化氢的耐受性

过氧化氢在水消毒和保护方面都有较好的效果，因此一些专业人士考虑将过氧化氢用于处理生物膜，使用纯净的过氧化氢没有毒性且对设备材料腐蚀性也十分轻微，这比二氧化氯（ClO2）、过氧乙酸等要理想的多。这个想法是乎逻辑的，基本上也是正确的，但有一个重要的问题-过氧化氢（H2O2）本身（特别是在其天然的，不稳定的状态下）会被生物膜产生的过氧化氢酶分解。发生这种情况的速度各不相同。例如，只有在浓度为10000 ppm或更高的情况下，冲击消毒才被认为在几个小时内是可靠有效的。

五．生物膜对银的耐受性

银，在单独使用时，很