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純水系統的十二個微生物問題 (Part 1)

引言:

在各種工業用純水系統中，微生物濃度(CFU/ml)的管控也是重要的目標，雖然有些標準似乎也不太嚴苛(100~1 CFU/ml)，但是這是一個非常難以達成的目標，大部分的純水系統都在嚴重汙染狀態，或是藻類與菌類共生的狀態，如何改善，觀念與知識最重要，所以以下，我們將用十二個問題來引導這個議題，希望能討論的淋漓盡致!

1.   什麼是微生物?
微生物是指一切肉眼看不到或看不清楚的一群微小生物的總稱，一般需要藉助顯微鏡來觀察研究。微生物個體微小（直徑小於0.01~0.001毫米），構造簡單，例子包括細菌、放線菌、原生動物、藻類和原蟲等。微生物與人類日常生活、健康非常密切，工業應用日益廣泛(出自維基百科)。

2.   什麼是biofilm (生物膜或菌膜)?
在自然界中，微生物的唯一生存模式是形成Biofilm(菌膜)，它是一個可附著在各種物質表面、多層但不同種類的微生物共生的組合體，它能非常有效率的利用周遭的物質當作食物，並能夠協同作戰抵禦各種殺菌劑或其它不利生存的條件，這是經過好幾十億年的演化成果。

無所不在的菌膜，對要長期使用的純水系統來說，並不是一個好消息! 因為一個管理不當的純水系統對使用者來說，會是一場失控的災難。

基本上，在純水系統中存在的微生物分成兩種狀態:
一種是附著性的(sessile)、有能力繁殖的，叫做菌膜(biofilm)。
另外一種是懸浮性的(planktonic)、無法繁殖的、隨著純水流動的、微生物採樣時會被採樣到的，是我們熟悉的水中微生物。

3.   為什麼純水系統的微生物濃度越低越好?
控制微生物的濃度，就是控制最終產品被汙染的風險，您可以目標管理(添加防腐劑)，或是源頭管理(純水系統管理)，雖然執行這兩種選擇的難易度不同，但客戶的評價也會不同吧!

4.   純水系統被微生物汙染時，會產生什麼樣的問題?

先說明一下，所謂的微生物汙染，就是指菌膜的污染(biofilm)，如果純水系統被菌膜污染甚至包覆時，首當其衝就是逆滲透膜(RO)，因為菌膜會很快分解這個高分子薄膜，導致對水中雜質的去除能力大打折扣，使整體的產出水質影響巨大。

其次，菌膜會對純水系統不可或缺的離子交換樹脂的效能發生致命的影響，理由很簡單，被菌膜包覆的離子交換樹脂將損失九成以上的交換表面積，不只耗材壽命變短，它本身也變成微生物的溫床，影響甚巨!

5.   水中的微生物如何檢測?

基本上，還是要使用傳統的培養皿方法，並且分成塗抹法及濾膜法兩種為主，我們先簡介最常用的塗抹法如下:

水中總菌落數檢測方法－塗抹法 (簡化版)

塗抹法使用<胰化蛋白腖葡萄糖抽出物培養基>（Tryptone glucose extract agar; TGEA）或<培養皿計數培養基>（Plate count agar; PCA）來培養並形成菌落之水中好氧及兼性厭氧異營菌。

採樣與保存流程:

（一） 盛裝水樣檢驗微生物時，應使用清潔並經滅菌之玻璃瓶、無菌塑膠 容器或市售無菌採樣袋， 
            且於採樣時應避免受到污染。

（二）採樣前應清潔手部，出水口以70% 至 75% 酒精消毒。

（三） 運送時水樣溫度應維持在<10℃ 且不得凍結，實驗室內保存溫度應維持在 4 ± 2℃。

（四） 水樣應於採樣後 24 小時內完成水樣塗抹步驟， 並置入培養箱中培養。

（五） 水樣量以能做完所需檢驗為度，但不得少於 100 mL。

培養操作步驟:

（一） 水樣在進行檢測或稀釋之前必須劇烈搖晃 25 次以上，以使樣品充分混搖均勻。

（二） 以 1 mL 無菌吸管原液或各稀釋度水樣滴在培養基上。原液或各稀釋度水樣均需進行二複。

（三） 將無菌之彎曲玻棒放在培養基上，再用手或旋轉桌（Turn table） 旋轉培養皿至水樣均勻分佈
            於培養基表面、完全被培養基吸收為止。

（四） 倒置培養皿於培養箱內，在 35 ± 1℃ 培養 48 ± 3 小時。

（五）計數各稀釋度培養皿中所產生的菌落數並記錄之，若菌落太多造成 計數困難，則以
           「菌落太多無法計數」（Too numerous to count; TNTC）表示。

（六）步驟（二）至（三）須在無菌操作檯內操作。

6.   在純水的國際標準上，微生物的標準應是多少?
一般而言，國際間對純水系統的生菌數容許量基準介於100 cfu/ml~ 0 cfu/ml 之間。
以下是重要的水質標準摘錄(紅字標識為微生物部分):

ASTM Standards for Laboratory Reagent Water (ASTM D1193-91)

ASTM: American Society for Testing and Materials

Additional ASTM Sub-Standards for Laboratory Reagent Water