一種快速簡便評價水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速簡便評價水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險的方法。本發(fā)明利用水中微生物生長速率與可生物降解有機質(zhì)的關(guān)系，以及后者的代謝與溶解氧消耗的對應(yīng)關(guān)系，通過檢測耗氧速率實現(xiàn)對水中微生物污染風(fēng)險的評價。本發(fā)明以簡單易得的活性污泥做試驗微生物，用不同濃度乙酸鈉溶液做標(biāo)準(zhǔn)樣，待測樣品經(jīng)簡單預(yù)處理后測定其溶解氧消耗速率，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算待測樣品中的可生物降解有機物濃度，實現(xiàn)對樣品微生物污染風(fēng)險的評價。本發(fā)明相較于傳統(tǒng)測定方法耗時短，檢出限低，準(zhǔn)確度高。本發(fā)明可對取水口、管網(wǎng)節(jié)點、入戶自來水等飲用水系統(tǒng)重要位置的水樣，實現(xiàn)快速、高靈敏度的微生物污染風(fēng)險評價，切實保障城鄉(xiāng)居民飲用水的生物安全性。
【專利說明】一種快速簡便評價水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種飲用水生物污染監(jiān)測的方法，特別涉及一種快速簡便評水源水和 飲用水微生物污染風(fēng)險的方法，屬于飲用水水質(zhì)監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003] 飲用水生物安全性是對飲用水水質(zhì)的基本要求，正得到社會各界越來越多的關(guān) 注。世界衛(wèi)生組織（WHO)在《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中指出，飲用水的衛(wèi)生問題大多與微生物(細 菌、病毒、原生動物或其他生物來源)的污染相關(guān)。近年來，由于污染事故頻發(fā)和水源水的常 態(tài)污染，我國的飲用水安全正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此形勢下，飲用水微生物污染的風(fēng)險預(yù)警 就顯得尤為重要。
[0004] 微生物生長必須利用一定量的有機物，但平時給水管網(wǎng)中處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，微 生物污染事故發(fā)生的一個必要條件是水中應(yīng)有一定水平的可同化有機碳（Assimilable Organic Carbon, A0C)支撐微生物的生長，因此可以通過測定水中AOC的水平來間接反映 水體的微生物污染風(fēng)險。但現(xiàn)有的檢測方法對試驗條件和操作人員的要求都比較高，最重 要的是耗時長，所獲得結(jié)果對水質(zhì)監(jiān)測風(fēng)險預(yù)警很難起到指導(dǎo)作用。因此，有必要研發(fā)一種 快速、對儀器和操作條件要求都很簡單的評價水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險的方法，對 解決與生物安全性相關(guān)的突發(fā)性飲用水污染事件提供有效的技術(shù)支持。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種快速簡便評價水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險的方法。 本發(fā)明利用水中微生物生長速率與水中可生物降解有機質(zhì)的關(guān)系，以及后者的代謝與溶解 氧消耗的對應(yīng)關(guān)系，通過快速、高效檢測溶解氧消耗速率實現(xiàn)對水中微生物污染風(fēng)險的評 價，做到及時預(yù)警，保障用水安全。
[0007] 本方法的步驟如下： (1) 緩沖液的制備： 300mM 磷酸緩沖液的配制（ΡΗ=7· 2):稱取 700mg K2HPO4, IOmg MgSO4 · 7H20, IOOmg (NH4) 2S04, IOmg NaCl 和 IOOug FeSO4,溶于 IL 超純水中，高壓滅菌，20min ; 礦物質(zhì)溶液的配制：稱取171 mg K2HP04,767 mg NH4C1和1. 44 g KN03,溶于IL超純 水中，高壓滅菌，20min ; (2) 微生物的準(zhǔn)備： 采集1-5L的普通城市污水處理廠曝氣池(或類似工段)出水，將其靜置過夜。取下層污 泥離心（6000 rpm，5min)，棄去上清，保留沉淀。使用3mM磷酸緩沖液將沉淀的污泥重懸，再 次離心（6000 rpm，5min)，棄去上清，保留沉淀。重復(fù)使用3mM磷酸緩沖液清洗沉淀的污泥 3遍，備用； (3) 標(biāo)準(zhǔn)樣的制備： 稱取3. 415g乙酸鈉，加超純水定容于IL容量瓶中，配成Ig C/L的母液。加入不同體 積的Ig C/L母液，同時加入5mL體積的300mM磷酸緩沖液和2. 5mL的礦物質(zhì)鹽溶液，加超 純水定容于 500mL 容量瓶，配制成 O ygC/L，5 ygC/L，10 ygC/L，20 ygC/L，40 yg C/L，60 yg C/L的標(biāo)準(zhǔn)液； (4) 取樣及樣品前處理： 按傳統(tǒng)AOC檢測方法取樣、過濾、經(jīng)高壓滅菌（121°C，20min)后冷至室溫。將樣品 進行不同梯度的稀釋，以得到與體系中生物量、溶解氧等相適宜的有機物量，操作同（3)中 描述； 將標(biāo)準(zhǔn)樣和待測水樣，分別取IOOmL移入干凈的三角瓶中，使用曝氣裝置曝氣 30min-lh,使水樣的溶解氧濃度達到飽和； (5) 在已放有一個磁力攪拌子的IOmL玻璃樣品瓶中，加入標(biāo)準(zhǔn)樣或者待測水樣(提前 曝氣至飽和)，使溶液剛好充滿待測裝置，內(nèi)部所有空氣同時被排盡。從三角瓶中移走I mL 樣品，再加入I mL的30% (W/W)活性污泥。瓶口立即用溶氧電極探頭塞住，用生料帶或者 薄膜封口，保證三角瓶內(nèi)無氣泡且生物量不流失。立即打開溶氧儀以及磁力攪拌器，并啟動 溶氧值自動記錄程序，每隔IOs記錄實時溶氧值，連續(xù)lOmin。整個測定過程中，磁力攪拌子 以恒定的速度旋轉(zhuǎn)，溶氧電極探頭始終浸沒在待測水樣中； (6) 數(shù)據(jù)分析： 將標(biāo)準(zhǔn)樣和待測水樣的溶氧值變化繪制在同一個曲線圖中，使用origin或其它統(tǒng)計 軟件分析溶氧值穩(wěn)定變化時的曲線斜率。以標(biāo)準(zhǔn)樣的碳濃度（S)為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)樣溶氧值 變化的斜率（即反應(yīng)速率，V)為縱坐標(biāo)，繪制成曲線，并用軟件擬合出相應(yīng)的方程。將待測 水樣的溶氧值變化的斜率（V)代入方程，求得其對應(yīng)的AOC濃度。通常認為，在不加消毒劑 的情況下，AOC小于10 -20 μ g/L;加消毒劑的情況下，AOC小于50-100 μ g/L時，水質(zhì)是 生物穩(wěn)定的?？筛鶕?jù)計算出的AOC濃度，并依此標(biāo)準(zhǔn)判斷水源水和飲用水微生物污染的風(fēng) 險。AOC值越大，受到(或爆發(fā)）微生物污染的風(fēng)險越大，反之越小。
[0008] 備注說明：將實驗所需的所有玻璃器皿均采用硅酸鹽材質(zhì)的玻璃器皿，并使用以 下方法清洗：稀硝酸浸泡過夜，使用自來水，純水，超純水，分別清洗三遍，置于60°C烘箱烘 干。
[0009] 本發(fā)明優(yōu)點： 1. 耗時短：傳統(tǒng)方法耗時長，從準(zhǔn)備接種液到最終測定出結(jié)果，需要至少13天以上的 時間；本發(fā)明采用溶氧值測定方法從準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)液到得到待測水樣結(jié)果，只需要花費1天的 時間，大大縮短了檢測的時間； 2. 準(zhǔn)確度更高：傳統(tǒng)測定方法只使用突光假單胞菌P17(fluorescent pseudomonads) 和螺旋菌NOX (spirillum)兩株菌株，能夠利用的碳源種類和數(shù)量有限；而本發(fā)明使用的活 性污泥含有的菌株種類多，能夠利用更廣泛的碳源物質(zhì)，測定結(jié)果更準(zhǔn)確。
[0010] 本發(fā)明的基本原理如下： 在水源水和飲用水環(huán)境中，無抑制劑存在的情況下，細菌生長的動力學(xué)方程用式（1)表 示：

【權(quán)利要求】
1. 一種快速簡便評價水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險的方法，其特征在于通過快速、 高靈敏度檢測水中溶解氧消耗速率實現(xiàn)對水源水和飲用水中微生物污染風(fēng)險的評價。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速簡便評價水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險的方法， 其特征在于通過檢測水中溶解氧消耗速率實現(xiàn)對水源水和飲用水中微生物污染風(fēng)險的評 價，具體包括以下步驟： (1) 緩沖液的配制， (2) 微生物的準(zhǔn)備， (3) 標(biāo)準(zhǔn)樣的制備， (4) 取樣及樣品前處理， (5) 溶解氧消耗速率的測定， (6) 數(shù)據(jù)分析。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過檢測水中溶解氧消耗速率實現(xiàn)對水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險的評價，其特征在于，所述步驟（2)中以活性污泥作為試驗微生物：采集1-5L 的普通城市污水處理廠曝氣池（或類似工段）出水，將其靜置過夜；取下層污泥離心（6000 rpm，5min)，棄去上清，保留沉淀，使用3mM磷酸緩沖液將沉淀的污泥重懸，再次離心（6000 rpm，5min)，棄去上清，保留沉淀；重復(fù)使用3mM磷酸緩沖液清洗沉淀的污泥3遍，備用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過檢測水中溶解氧消耗速率實現(xiàn)對水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險的評價，其特征在于，所述步驟（3)中以乙酸鈉溶液做標(biāo)準(zhǔn)樣：稱取3. 415g乙 酸鈉，加超純水定容于IL容量瓶中，配成Ig C/L的母液；加入不同體積的Ig C/L母液，同 時加入5mL體積的300mM磷酸緩沖液和2. 5mL的礦物質(zhì)鹽溶液，加超純水定容于500mL容 量瓶，配制成 0 Ug C/L，5 iig C/L，10 iig C/L，20 iig C/L，40 iig C/L，60 iig C/L 的 標(biāo)準(zhǔn)液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過檢測水中溶解氧消耗速率實現(xiàn)對水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險的評價，其特征在于，所述步驟（4)中樣品按傳統(tǒng)可同化有機碳（AOC)檢測方 法取樣、過濾、經(jīng)高壓滅菌（121°C，20min)后冷至室溫；將樣品進行不同梯度的稀釋，以 得到與體系中生物量、溶解氧等相適宜的有機物量，操作同權(quán)利要求2中步驟（3)描述；將 標(biāo)準(zhǔn)樣和待測水樣，分別取IOOmL移入干凈的三角瓶中，使用曝氣裝置曝氣30min-lh，使水 樣的溶解氧濃度達到飽和。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過檢測水中溶解氧消耗速率實現(xiàn)對水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險的評價，其特征在于，所述步驟（5)中溶解氧消耗速率的測定：已放有一個磁 力攪拌子的IOmL玻璃樣品瓶中，加入標(biāo)準(zhǔn)樣或者待測水樣(提前曝氣至飽和)，使溶液剛好 充滿待測裝置，內(nèi)部所有空氣同時被排盡；從三角瓶中移走I mL樣品，再加入I mL的30% (W/W)活性污泥；瓶口立即用溶氧電極探頭塞住，用生料帶或者薄膜封口，保證三角瓶內(nèi)無 氣泡且生物量不流失，立即打開溶氧儀以及磁力攪拌器，并啟動溶氧值自動記錄程序，每隔 IOs記錄實時溶氧值，連續(xù)IOmin ;整個測定過程中，磁力攪拌子以恒定的速度旋轉(zhuǎn)，溶氧電 極探頭始終浸沒在待測水樣中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過檢測水中溶解氧消耗速率實現(xiàn)對水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險的評價，其特征在于，所述步驟（6)中的數(shù)據(jù)分析：將標(biāo)準(zhǔn)樣和待測水樣的溶 氧值變化繪制在同一個曲線圖中，分析溶氧值穩(wěn)定變化時的曲線斜率；以標(biāo)準(zhǔn)樣的碳濃度 (S)為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)樣溶氧值變化的斜率(即反應(yīng)速率，V)為縱坐標(biāo)，繪制成曲線，并擬合出 相應(yīng)的方程；將待測水樣的溶氧值變化的斜率（V)代入方程，求得其對應(yīng)的AOC濃度；通 常認為，在不加消毒劑的情況下，AOC小于10 -20 y g/L，而加消毒劑的情況下，AOC小于 50-100 y g/L時，水質(zhì)是生物穩(wěn)定的；可根據(jù)計算出的AOC濃度，并依此標(biāo)準(zhǔn)判斷水源水和 飲用水微生物污染的風(fēng)險，AOC值越大，受到(或爆發(fā)）微生物污染的風(fēng)險越大，反之越小。
【文檔編號】G01N27/00GK104316572SQ201410647033
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】于鑫, 呂露, 李晶晶, 葉成松 申請人:中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所