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德婕淨二氧化氯 應用實績

約翰霍普金斯醫院文獻(2)中文編譯

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二氧化氯在重症醫院環境的飲用水系統用於控制退伍軍人菌的評估
EVALUATION OF CHLORINE DIOXIDE IN POTABLE WATER SYSTEMS FOR LEGIONELLA CONTROL IN A ACUTE CARE HOSPITAL ENVIRONMENT

Gregory Bova, The Johns Hopkins Hospital, Baltimore, MD
Paul Sharpe, Water Chemical Service, Inc., Aberdeen, MD
Tim Keane, Legionella Risk Management, Chalfont, PA

摘要:
約翰霍普金斯醫院在1999年就開始評估二氧化氯在醫院用水處理退伍軍人菌控制的的安全性與效益, 這個評估包括了二氧化氯殺菌後產生的副產物與對退伍軍人菌及致病菌,生物膜,醫學實驗室的過濾系統,腐蝕率與環境的影響。

同時也評估 是否在負擔得起的按裝操作與維護成本條件下,若二氧化氯加藥系統的改變,是否能極大化這殺菌劑的效用?其中也討論了按裝與操作的挑戰,當然也提及到解決方案:退伍軍人菌與致病菌的採樣及分析,都在這個報告上呈現.而資料也明確的揭露出二氧化氯在退伍軍人菌與致病菌的抑制上有顯著的效果。

簡介:
在2000年馬里蘭州立科學工作小組在研究醫療機構用水退伍軍人菌的報告之前,1999年約翰霍普金斯醫院就已組成了一個院內退伍軍人菌研究的專案小組,目標就是要在醫院飲用水上,發展與執行並預防及控制院內感染退伍軍人菌的風險,而這專案小組的成員包含了工務組,醫療部門與感控室,病理實驗室,微生物實驗室,流行病學其中包含醫師,醫檢師,感管師與護理師,行政部門,公共事務處,法務及風險管理部門的同仁。

研究方法:
醫院研究了一些可行性的方法,足以應用在冷水與熱水的殺菌,選擇的重點首先是此殺菌劑必須是符合環保署(EPA)許可的飲用水處理用藥,其次是對生物膜的影響?該劑的殘餘能力?消毒副產物(DBPs: Disinfection by Products)?環境與健康的影響評估?設備與配管佈線的工程能力?處理後的水對實驗室與洗腎室設備的影響?在密集研究後,醫院團隊決定選擇了二氧化氯是符合控制環保署(EPA)的飲用水處理劑。

研究現場:
醫院的用水是來自巴爾地摩自來水公司,此自來水是採用氯在做消毒,其加藥量(MCL)與殘餘量(MRL)及生菌數的要求都符合聯邦法規與州政府的標準。 研究的現場是以新建好的Weinberg醫療大樓,共有154床,主要是外科,腫瘤,骨髓移植及血液透析的病人。 有加護病房與16間手術室,外科病理實驗室,不孕症中心。

共2支6英吋的進水幹管(自來水進水端水壓為2.5 kg/cm2),隨即經過2台水泵加壓泵送(水量: 90噸/時@壓力: 6.5 kg/cm2)分成冷,熱水兩管路(材料皆為銅管),其中有2台熱泵瞬間加溫到約48度C供給整棟熱水使用,此棟醫療大樓直到2000年的9月才住滿病人,住滿後的用水量為542噸/天,平均用水量是22噸/時,最大用水量是40噸/時。 而重點就是在不管冷,熱水管路都續著某些用途的設備,其中有擴管,縮管甚至還有滯流區的管路都須特別注意,因為都會影響到二氧化氯的加藥效果。

輸送系統
ClO2產生機系統裝設的設計工作,於2000年11月完成。而兩套產生機及相關管線、電路及控制工程,亦於2001年1月初裝設完成。考慮到飲用水系統的容量以及預估的用水量,在飲用水配水系統進入大樓之處,裝設兩套ClO2產生機,每套可製造550毫克/公升的溶液。這套裝置包含加壓泵、感應器、流量計、腐蝕試片架、氧化還原電位(ORP)監測器、ClO2監測器、壓力計、電腦監測系統,以及相關的儀電與管線連結。

ClO2產生機系統設有3具外部安全警報器及多具內部警報器。外部警報器係為化學、洩露及流量警報器。此外,尚有其他的安全警報器,用於監測ClO2濃度及上限、監測器停止供電以及ClO2產生機系統停止供電。

二氧化氯、亞氯酸鹽、氯酸鹽監測
在系統啟動前,先進行性能測試並建立監測計畫。這項測試相當重要,用於對ClO2產生機系統做啟動前後的比較。在從事啟動前、後的測試期間,必需對ClO2及其殺菌副產物進行密切監測。ClO2殘留量係於退伍軍人症病菌監測期間,在主水管以及在1樓、4樓與5樓各選一處熱水與冷水取樣點隨機取樣分析得之。ClO2係以特定波長的分光光度計(Spectrophotometer),利用DPD試劑予以測定。ClO2(殺菌副產物、亞氯酸鹽及氯酸鹽)並以符合EPA標準之離子色層分析法(EPA第300號方法)及電流滴定法予以評估。

當ClO2產生機系統啟動從事連續操作時,ClO2含量水準係以ClO2監測器及每天的DPD測試連續測定,確保ClO2含量水準不會超過0.8毫克/公升。同時,在系統連續啟動後,也在整棟大樓測定ClO2及亞氯酸鹽的含量水準。目前,EPA並未對飲用水的氯酸鹽的含量訂定管制標準。在ClO2系統連續操作期間,並未檢出氯酸鹽的成份。

退伍軍人症病菌及細菌。
退伍軍人症病菌及細菌的評估,係分3個階段進行:。
第一階段:2000年7月至2000年11月,進行超氯法(Hyper- Chlorination)的前後以及熱殺法(Thermal Remediation)評估。。
第二階段:2000年12月至2001年5月,裝設ClO2系統,在過濾設備測試期間,間歇地在飲用水中逐漸提高ClO2含量水準。
第三階段:2001年6月至2004年7月,在飲用水中持續提高ClO2含量水準至0.8毫克/公升以下。

在附錄的圖表3,4,5及圖表6所示的退伍軍人症病菌培養,顯示退伍軍人症病菌確定場所總數以及達到10個微生物/毫升(典型的行動水準)之總數。第一階段至第三階段下方的數據,則代表目前退伍軍人症病菌確定場所的百分比。

在2000年8月31日至2000年10月18日期間收集之第一階段數據,顯示在熱水與冷水中的革蘭氏陰性細菌場所總數,並未顯著減少。退伍軍人症病菌確定場所總數已經減少,但在冷水並未發現退伍軍人症病菌確定場所有明顯變化。然而,在熱水卻發現退伍軍人症病菌確定場所已經減少。

在2001年1月16日至2001年2月15日期間收集之第二階段數據,顯示無論在冷水系統或熱水系統,皆未檢出有革蘭氏陰性細菌。退伍軍人症病菌確定場所總數,在冷水系統及熱水系統,皆略有減少。

在2001年6月5日至2004年7月6日期間收集之第三階段數據,顯示退伍軍人症病菌及革蘭氏陰性細菌,初期會增加但隨後即逐漸減少至未檢出水準。縱使在大樓飲用水系統出現幾次供水中斷,使退伍軍人症病菌及革蘭氏陰性確定場所顯著增加的期間,這樣的結果也沒有顯著改變。

第一期的供水中斷,發生於2001年9月至2001年10月。當時,褐水及沉積物流入大樓的飲用水系統。在此期間,革蘭氏陰性細菌的確定場所顯著增加。退伍軍人症病菌的確定場所並無變化。當時並未採取矯正措施。

第二期的供水中斷,發生於2002年10月至2003年1月。當時,褐水及沉積物亦流入大樓,包括飲用水系統的水壓降低。1月份的細菌培養結果顯示,出現革蘭氏陰性細菌的場所增加。在冷水中並未檢出退伍軍人症病菌,但熱水則測得退伍軍人症病菌確定場所增加。當時也未採取矯正措施。

第三期的供水中斷,發生於2003年5月5日至2003年10月9日。當時,褐水及沉積物亦流入大樓飲用水系統。另一方面,在2003年9月19日,當地由於〝伊莎貝爾〞颶風帶來的豪雨,可能導致當地的水質受到影響。

在2003年9月24日至2003年10月6日之間取得的水樣本,顯示飲用水出現革蘭氏陰性細菌的場所以及退伍軍人症病菌的確定場所顯著增加。最重要的是,發現L. pneumophila的培養呈現陽性,但直到2003年9月24日之前,樣本呈現的是L. anisa細菌。退伍軍人症病菌在冷水中並未檢出。

飲用水系統再發生供水中斷之後,於2003年10月10日取得的水樣本,顯示飲用水的熱水系統,退伍軍人症病菌確定場所進一步增加。在冷水系統及熱水系統皆發現L. pneumophila的培養呈現陽性。且在飲用水的冷水系統及熱水系統,革蘭氏陰性細菌也都有增加。

為因應供水中斷,醫院開發及實施一套沖洗及ClO2衝擊式加藥處理系統。其中亦包含水龍頭通風器(Faucet Aerator)、蓮蓬頭、以及逆流防止裝置的清洗。在逆流防止裝置(分別設在進入大樓的兩支6吋飲用水主水管)清洗期間,於濾網處會發現有大量的沉積物(詳圖1所示)
退伍軍人症病菌以及細菌培養,在這兩套裝置皆有發現。其中的一套裝置,有L. pneumophila以及>1000 org/ml(1,000個微生物/毫升)的革蘭氏陰性細菌。測試結果(清洗之後,以氯對裝置進行消毒)發現並無退伍軍人症病菌及革蘭氏陰性細菌。

ClO2衝擊及沖洗矯正處理後於2003年10月28日取得的水樣本,顯示退伍軍人症病菌確定場所數,已顯著減少。然而,在熱水系統的革蘭氏陰性細菌場所總數,則呈現增加。所有的退伍軍人症病菌確定場所,皆為L. anisa,僅有一處確定場所其L. pneumophila小於1 org/ml。

於2003年11月13日再進行一次ClO2衝擊及沖洗矯正處理。矯正處理後取得的水樣本,顯示革蘭氏陰性細菌的存在場所略有減少。而退伍軍人症病菌確定場所,則維持相同。然而,所有的退伍軍人症病菌確定場所,皆為L. anisa,L. pneumophila則並未檢出。於2003年11月13日的矯正處理之後,在第二天的2003年11月14日,矯正日常清洗作業(Protocol)建立完成,並開始在病房實施。

自2003年12月份起,退伍軍人症病菌以及革蘭氏陰性細菌幾乎未檢出,唯一的一次是在2004年4月1日,當天有一間病房測出確定有L. pneumophila且含量<1 org/ml,另有>1,000 org/ml的革蘭氏陰性細菌。經過調查確認該場所已有數週無人進駐,且未執行清洗作業。經過日常清洗之後,皆未檢出退伍軍人症病菌及細菌。

加藥殺菌方法測試
飲用水系統的超氯法,係於大樓進駐及從事本項研究之前進行。飲用水系統係利用氯分兩階段處理;較低樓層部份於2000年3月15日進行氯化處理,而較高樓層部份則於2000年4月26日進行氯化處理。飲用水系統以200毫克/公升濃度的餘氯(Free Chlorine)處理3小時。2000年8月31日取的水樣本,確認飲用水系統有革蘭氏陰性細菌及退伍軍人菌的菌落。測試結果顯示,超氯法無法有效地從飲用水系統中去除細菌及退伍軍人菌。細菌在不到兩週之內,即全部恢復。

於大樓進駐之前,再對飲用水系統進行超氯法處理。飲用水系統係於2000年9月2日以50毫克/公升濃度的餘氯處理24小時。2000年9月6日取的水樣本,確認飲用水系統依然有革蘭氏陰性細菌及退伍軍人菌的菌落。測試結果再次顯示,超氯法可以減少但無法從飲用水系統中去除革蘭氏陰性細菌及退伍軍人菌。在幾天之後,系統的細菌水準又顯著恢復。

飲用水系統的過熱處理,也在大樓進駐之前進行。在2000年9月9日,飲用水熱水系統予以過熱至大約80度C,並對每一個固定裝置沖洗10分鐘。病房的蓮蓬設有防燙設備,避免在洗澡時水溫超過46度。於2000年9月11日取的水樣本,顯示過熱處理對於去除熱水系統中的革蘭氏陰性細菌及退伍軍人菌,效果相當有限。

ClO2衝擊式加藥處理以及沖洗,係於2003年10月份在醫院執行。將高含量水準的ClO2(平均>4.0 ppm)加入大樓飲用水系統,持續進行6小時。在6小時的補救期間內,將熱水系統及冷水系統置於排水槽持續沖洗。設有電氣閥的排水槽以及設有混合閥的蓮蓬,在6小時的補救期間內,則定期予以沖洗。在補救處理結束時,將ClO2處理系統調回正常操作狀態。ClO2衝擊式加藥處理及沖洗之後,病房的排水槽及蓮蓬則予每日沖洗。在病房的日常清潔期間,排水槽及蓮蓬以熱水及冷水沖洗的時間約10分鐘。對固定裝置的沖洗,以經過處理的水取代水管內停滯不動的水,使ClO2與水管及這些固定裝置的接觸時間達到最長,ClO2衝擊式加藥處理及沖洗,連同病房的日常沖洗,使得在所有的測試場所之退伍軍人菌及革蘭氏陰性細菌能夠被消滅。

透析及檢驗室過濾設備
ClO2產生機系統的設計,係使ClO2的含量水準最高達到0.8 ppm。在大樓住滿之前,於限水及沒有人進駐的時段,以高含量的ClO2(達到2.0 ppm)加入飲用水系統,以測試過濾設備的效力。測試結束時,使血液透析活性炭過濾槽與46.5 噸之經過高含量ClO2處理後的水相接觸,它相當於67.8次血液透析處理。在評估期間,進入血液透析過濾設備的水,活性炭過濾器可將其中的ClO2、亞氯酸鹽及氯全部去除。

在測試結束時,檢驗室活性炭過濾槽與8.8噸之經過高含量ClO2處理後的水相接觸。如同測試血液透析設備的情形,此過濾設備所使用的ClO2濃度,亦達到2.0 ppm。2分鐘的EBCT活性炭過濾,在評估期間能有效地去除全部的殘留ClO2、亞氯酸鹽與氯。

腐蝕分析
試片於54天之後取出,予以清洗、乾燥及秤重。腐蝕率係以金屬的重量損失計算之,並將它換算為MPY: 密爾/年(mils per year,MPY,註:mil係指1/1,000吋)。在飲用水中並未加入磷酸鹽或矽酸鹽等腐蝕抑制劑化學品。大部份的供水與再循環管線系統皆為銅管,僅有少數為黃銅或鋼管(<3%)。圖表2的腐蝕率顯示,除了再循環熱水系統之外,經過處理的系統與未經處理的城市供水,金屬的重量損失兩者大致相當,第一次檢測後的試片數據分析,顯示熱水系統的碳鋼出現腐蝕問題。熱水由於電子活動較多,通常腐蝕率會較冷水高,然而,這也無法解釋它與冷水腐蝕率差異這麼大的原因。在審視並與其他(未經處理)所有的熱水銅管系統的數據比對後,我們得到的結論是大多數的腐蝕,係由於將碳鋼試片放置於再循環銅管系統的多異種金屬造成的電偶腐蝕,因而產生腐蝕率的假上升。

其餘試片數據的分析,則顯示腐蝕率與ClO2注入點上游的供水並無顯著的差異。

病患的退伍軍人症病毒監測
到2004年7月,大樓皆未檢出院內退伍軍人症病毒感染。

ClO2系統操作
在ClO2產生機系統的預啟動(Pre-startup)期間,必需確認幾個控制問題。由於當地市政府供應的飲用水,氯殘留量會有波動,因此,無法以氧化還原電位(Oxidation Reduction Potential,簡稱ORP)監測控制ClO2含量水準。為解決此問題,不使用ORP控制,而裝設一套水流控制系統。水流控制系統包含流量計、ClO2監測器以及電腦控制系統。流量計監測水的用量,而電腦控制系統則收集流量計數據。每次水流量達到1.5噸/分鐘之後,即以預先設定的操作時間製造ClO2。並將ClO2注入飲用水系統,以維持正確的飼入速率。ClO2監測器會關閉ClO2產生機,使ClO2濃度不超過0.8 ppm。一旦開始操作,可證明對於ClO2殘留量的控制十分有效。

檢驗室及血液透析過濾設備
本項研究乃是對ClO2及其對於檢驗室及血液透析過濾設備的影響,所進行的首次研究。本項研究旨在探討活性炭過濾器有效去除全部的氧化劑殘留物之能力。

二氧化氯及亞氯酸鹽含量水準
依聯邦政府對於ClO2 MCL及亞氯酸鹽MRDL訂定的規範,ClO2產生機系統的整體操作及控制皆屬安全無虞。

我們的測試結果顯示,ClO2在飲用水主水管的最大濃度、整棟大樓的ClO2及亞氯酸鹽,皆遠低於最大容許含量水準。雖然,氯酸鹽含量目前在飲用水尚未加以規範,我們的測試結果顯示,氯酸鹽含量從未超過0.4毫克/公升。在ClO2產生機系統啟動後不久,最接近ClO2注入點的裝置,發現ClO2與亞氯酸鹽的殘留量較高,但仍在可接受範圍內。

最後,在冷水配水系統的ClO2殘留量達到平衡,且在距離ClO2注入點最近及最遠的固定裝置,觀察到的ClO2與亞氯酸鹽的殘留量差異非常小。在熱水配水系統也觀察到相同情況。然而,其ClO2殘留量遠較冷水系統為低。調查證實熱水系統的管徑過大,會使送到熱水系統之經過ClO2處理的補充水量減少。與補充水量相較,熱水循環及再加熱的量,不足以使系統的ClO2殘留量維持於較高的水準。藉由從熱水系統排放大約2 gpm的回流水,使更多經過ClO2處理的水進入系統,可增加熱水系統的ClO2殘留量。一旦開始執行,ClO2殘留量會增加到有效的範圍。

對退伍軍人菌及生物膜的衝擊
一般認為退伍軍人菌會寄生在水管以及流量控制裝置(例如,水龍頭通風器、蓮蓬頭、閥具等)內部的生物膜。

我們的測試結果顯示,ClO2能有效地滲透水管系統及流量控制裝置的生物膜。然而,位於末端不常使用的水龍頭,由於ClO2殘留量不足,因此,其有效性會降低。對遠處不常使用的排水槽進行連續監測,發現直到採取日常沖洗,才會獲得退伍軍人菌及細菌的控制效果。由於採取日常沖洗,排水槽一直維持沒有退伍軍人菌及革蘭式陰性細菌的狀況。

2003年11月,在洗澡間清潔時,一併執行病房固定裝置(排水槽及蓮蓬)的日常沖洗作業。開始執行日常沖洗作業後,這些場所並未發現退伍軍人菌及革蘭式陰性細菌。

病房排水槽通風器移開與裝設的評估,顯示這些固定裝置正常使用期間,曝露於ClO2的培養結果並無差異,但皆檢出退伍軍人菌及革蘭式陰性細菌。ClO2的使用,連同日常沖洗,沒有移開通風器的情況下,仍然可以消除所有場所的退伍軍人菌及革蘭式陰性細菌。

對生物膜的影響,係以ClO2殘留量、退伍軍人菌及革蘭式陰性細菌的培養結果以及水管實施目測(圖2及圖3)予以評估。

圖2可以清楚看到生物膜,它是取出一段4吋直徑的銅管熱水管進行檢視。以培養物檢測,發現細菌及退伍軍人菌呈陽性。在每天曝露於<0.8 ppm的ClO2濃度,經過3週曝露且採取ClO2衝擊式加藥處理及沖洗之後,取出另一段水管(圖3)---與第一段水管相距約3呎---進行檢視。圖3顯示生物膜業已消除。從這段水管得到的海棉培養物(Swab Cultures),測試結果發現細菌及退伍軍人菌皆呈陰性。

加藥殺菌
以通用的評估方法補救飲用水系統,例如使用超氯法及過熱處理,已證明無法有效地減少及消除退伍軍人菌及革蘭式陰性細菌。然而,開發及使用ClO2,做為衝擊式加藥處理並結合沖洗作業,則證明對抗退伍軍人菌及革蘭式陰性細菌特別有效。這個方法係應用於霍普金斯醫院有退伍軍人菌L. pneumophila及革蘭式陰性細菌形成龐大菌落的兩棟老舊大樓,所得到的處理效果相同。

腐蝕
在任何的水處理系統,腐蝕一向是十分值得關切的問題,特別是老舊的大樓。使用ClO2的測試數據,顯示它對大樓水管並無不良效應。

大樓的水管系統主要是銅管,在連續40個月曝露於ClO2且未使用腐蝕抑制劑的情況下,並未察覺有明顯的腐蝕現象。裝在經ClO2處理的熱水系統中之碳鋼試片,則有較高的腐蝕率。然而,在以銅管為主的再循環熱水系統,由於存在多異種金屬的電偶干擾(Galvanic Interference),因此,碳鋼試片的測試結果並不可靠。故未列入熱水系統的碳鋼測試數據。

1997年的Allegheny County準則指出,〝所有的醫院必需每年進行環境調查。倘若進行移植,則調查次數必需增加〞,〝倘若醫院的病床少於500個,至少必需調查10個末端場所。倘若病床超過500個,則推薦每100個病床要調查2個末端場所〞。

從本項研究得到的數據,約翰霍普金斯醫院開發一項已證實非常有效的測試及監測計畫。測試方法及監測場所如下:
* 飲用水供水系統的預處理(在飲用水進入大樓處),30秒樣本
* 飲用冷水,後處理,30秒樣本
* 飲用冷水,系統終端的冷水水龍頭例如軟管小龍頭(Hose Bib)或飲水冷卻器,30秒樣本
* 飲用熱水供水,30秒樣本
* 熱水回流,30秒樣本
* 每一樓層選擇2間病房,每間病房的排水槽及蓮蓬,第一次抽取樣本(第一次抽取確認水龍頭及蓮蓬頭的狀況,因為兩者共用熱水及冷水供水系統)。



總結

約翰霍普金斯醫院係為美國第一家醫療機構取得連續公共用水系統的使用許可,獲准在大樓的供水進入點,使用二氧化氯處理系統。

二氧化氯的使用效果會受到系統的適當應用、操作、控制以及退伍軍人菌、病原菌及殺菌劑殘留量等之影響。此外,確認及校正管線缺失並瞭解水的使用情形也是必要的。重要的是,在飲用水系統供應中斷後,必需每日進行沖洗作業及迅速修護補救。

我們的數據確認二氧化氯在控制及消除退伍軍人菌、其他的病原菌與生物膜,使用上是安全而且有效。我們也樂見未來有進一步的研究。