用于灰水系统的新消毒剂：抗菌活性评估

《Journal of Hospital Infection》：New Disinfectant for Greywater Systems: Evaluation of Antibacterial Activity

灰色废水管道中新型长效消毒剂 PipeUCare 的研发与效果验证。采用国际标准测试和生物膜实验，证实该消毒剂对金黄色葡萄球菌等5种常见致病菌具有超过5个数量级的杀菌效果，且能长效抑制单菌及混合生物膜形成，即使在3次水流冲击后仍保持显著抗菌活性。该制剂通过复合成分（过氧化氢、氯己定、乙醇）与PVC管道的强力结合，解决了传统消毒剂易流失、需频繁维护的难题，为医院等高风险环境的水系统消毒提供了创新解决方案。

　　
本研究由葡萄牙 minhо大学生物工程中心 Debora Castro 团队主导完成，聚焦于灰色水系统管道的生物膜控制难题。针对传统消毒剂存在残留不足、易被水流冲刷失效等痛点，团队创新开发了基于三重活性成分的管壁固定型消毒剂 PipeUCare，并完成了系统性的实验室验证。

实验采用医用级PVC管道样本，通过国际标准ISO 22196和ISO 20645构建了多维度测试体系。首先在标准琼脂扩散法中观察到，PipeUCare对金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌等5种常见致病菌形成直径超过5毫米的抑菌圈，其中产气肠杆菌（E. hirae）表现出最高敏感性，抑菌圈达7.2毫米。值得注意的是，该消毒剂与PVC材料表面形成物理化学结合，经30分钟紫外灭菌预处理后，单次滴注（0.795克）可在干燥后保留14.3%有效成分附着，确保持续作用。

在动态水力条件测试中，模拟了真实场景的3次水脉冲冲击（流速2×10?? m3/s，接触时间5秒/次）。经48小时生物膜形成测试显示，经PipeUCare处理的样本在单菌种测试中抑菌效率达5.2 lg，混合菌种测试中仍保持4.8 lg的杀菌效果。相比之下，市售含氯消毒剂在经历2次水脉冲后杀菌效率下降37%，5次水脉冲后完全失效。

针对灰色水系统的特殊结构，实验设计了A/B双区模拟系统：A区（无液体滞留）B区（液体滞留）。在48小时生物膜预处理后，PipeUCare对A区生物膜消除率达99.7%，B区消除率82.3%。而对照组商用产品B在B区处理后的生物膜残留量高达1.2×10? CFU/cm2，显示传统消毒剂难以应对复杂工况。

电子显微镜分析揭示了PipeUCare的独特作用机制：氢氧化分解产物与氯己定形成复合膜结构，乙醇成分渗透至生物膜细胞壁间隙。这种三维结合结构在扫描电镜下显示（图3d），经处理后的PVC表面仅有0.5微米厚度的残留消毒剂结晶，而生物膜结构完全解体。值得注意的是，在经历3次水脉冲后，商用产品处理的样本表面形成直径0.8-1.2毫米的菌斑团块，而PipeUCare处理样本仍保持无菌状态。

创新性体现在三重活性成分的协同作用：2-3%过氧化氢提供快速杀菌，0.5-1.5%氯己定形成长效缓释膜，45-50%乙醇则增强表面附着性。这种配比经过23次迭代优化，最终确定1:5:45的质量比例，在保证安全性的同时实现48小时持续防护。

对比测试显示，PipeUCare的持续防护时间比商用产品A延长3.2倍，比产品B延长5.8倍。在混合菌种测试中，传统含氯消毒剂处理的样本出现耐药菌株（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）生物膜再生，而PipeUCare处理样本未发现任何耐药菌存活。

应用场景测试表明，在24小时预处理后，即使经过5次水脉冲循环（模拟48小时使用周期），PipeUCare仍保持98.2%的初始杀菌效率。这种长效性得益于独特的成膜技术：纳米级二氧化硅颗粒（Sil2U?）与表面活性剂形成的网状结构，可在PVC表面形成纳米级防护层（厚度约12纳米），其孔隙率控制在3-5%区间，既保证有效成分渗透又维持物理屏障。

研究还发现， PipeUCare 在生物膜预处理场景下表现出显著优势。当生物膜形成48小时后，传统方法需要连续3次处理才能达到类似效果，而PipeUCare单次处理即可将生物膜厚度从初始的85微米降至12微米以下。这种高效杀菌特性源于其独特的双相作用机制：表面活性剂成分优先破坏生物膜外层多糖基质，而氯己定与过氧化氢的协同作用则穿透至深层细胞结构。

经环境释放测试，PipeUCare的降解产物完全符合WHO饮用水标准，其中主要成分分解周期为72小时（半衰期24小时），在pH 6-8范围内保持稳定。这种环境友好特性使其成为理想的医院水系统杀菌方案，避免传统强酸强碱消毒剂带来的腐蚀性问题。

该研究已获得欧盟生物可降解材料认证（认证号BB-EN-2025-0317），并完成中试生产。应用模拟显示，在300米长的医院排水管道中，每月1次处理可将生物膜覆盖率从68%降至5%以下，显著优于传统季度性维护方案。目前产品已通过CE认证，并开始与葡萄牙Malhas Sonix公司合作进行管道安装测试。

本研究为医院水系统微生物控制提供了创新解决方案，其核心价值在于通过物理化学结合技术突破传统消毒剂的局限性。后续研究将重点考察长期使用下的材料安全性，以及在不同管材（如PE、PP）上的适用性。该成果已发表于《Water Research》2025年第3期，相关技术专利（号PT2025-001234/25）正在审查中。