一種快速簡(jiǎn)便評(píng)價(jià)水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速簡(jiǎn)便評(píng)價(jià)水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的方法。本發(fā)明利用水中微生物生長(zhǎng)速率與可生物降解有機(jī)質(zhì)的關(guān)系，以及后者的代謝與溶解氧消耗的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過檢測(cè)耗氧速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水中微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。本發(fā)明以簡(jiǎn)單易得的活性污泥做試驗(yàn)微生物，用不同濃度乙酸鈉溶液做標(biāo)準(zhǔn)樣，待測(cè)樣品經(jīng)簡(jiǎn)單預(yù)處理后測(cè)定其溶解氧消耗速率，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算待測(cè)樣品中的可生物降解有機(jī)物濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。本發(fā)明相較于傳統(tǒng)測(cè)定方法耗時(shí)短，檢出限低，準(zhǔn)確度高。本發(fā)明可對(duì)取水口、管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、入戶自來水等飲用水系統(tǒng)重要位置的水樣，實(shí)現(xiàn)快速、高靈敏度的微生物污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，切實(shí)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(jiǎn)便評(píng)價(jià)水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險(xiǎn)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(cè)的方法，特別涉及一種快速簡(jiǎn)便評(píng)水源水和 飲用水微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的方法，屬于飲用水水質(zhì)監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003] 飲用水生物安全性是對(duì)飲用水水質(zhì)的基本要求，正得到社會(huì)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(xì) 菌、病毒、原生動(dòng)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(guó)的飲用水安全正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此形勢(shì)下，飲用水微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警 就顯得尤為重要。
[0004] 微生物生長(zhǎng)必須利用一定量的有機(jī)物，但平時(shí)給水管網(wǎng)中處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，微 生物污染事故發(fā)生的一個(gè)必要條件是水中應(yīng)有一定水平的可同化有機(jī)碳（Assimilable Organic Carbon, A0C)支撐微生物的生長(zhǎng)，因此可以通過測(cè)定水中AOC的水平來間接反映 水體的微生物污染風(fēng)險(xiǎn)。但現(xiàn)有的檢測(cè)方法對(duì)試驗(yàn)條件和操作人員的要求都比較高，最重 要的是耗時(shí)長(zhǎng)，所獲得結(jié)果對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)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(duì)儀器和操作條件要求都很簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的方法，對(duì) 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(jiǎn)便評(píng)價(jià)水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的方法。 本發(fā)明利用水中微生物生長(zhǎng)速率與水中可生物降解有機(jī)質(zhì)的關(guān)系，以及后者的代謝與溶解 氧消耗的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過快速、高效檢測(cè)溶解氧消耗速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水中微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng) 價(jià)，做到及時(shí)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(shí)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(cè)方法取樣、過濾、經(jīng)高壓滅菌（121°C，20min)后冷至室溫。將樣品 進(jìn)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(jī)物量，操作同（3)中 描述； 將標(biāo)準(zhǔn)樣和待測(cè)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(dá)到飽和； (5) 在已放有一個(gè)磁力攪拌子的IOmL玻璃樣品瓶中，加入標(biāo)準(zhǔn)樣或者待測(cè)水樣(提前 曝氣至飽和)，使溶液剛好充滿待測(cè)裝置，內(nèi)部所有空氣同時(shí)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?jī)?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(dòng) 溶氧值自動(dòng)記錄程序，每隔IOs記錄實(shí)時(shí)溶氧值，連續(xù)lOmin。整個(gè)測(cè)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(cè)水樣中； (6) 數(shù)據(jù)分析： 將標(biāo)準(zhǔn)樣和待測(cè)水樣的溶氧值變化繪制在同一個(gè)曲線圖中，使用origin或其它統(tǒng)計(jì) 軟件分析溶氧值穩(wěn)定變化時(shí)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(cè) 水樣的溶氧值變化的斜率（V)代入方程，求得其對(duì)應(yīng)的AOC濃度。通常認(rèn)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(shí)，水質(zhì)是 生物穩(wěn)定的?？筛鶕?jù)計(jì)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(xiǎn)。AOC值越大，受到(或爆發(fā)）微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)越大，反之越小。
[0008] 備注說明：將實(shí)驗(yàn)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(diǎn)： 1. 耗時(shí)短：傳統(tǒng)方法耗時(shí)長(zhǎng)，從準(zhǔn)備接種液到最終測(cè)定出結(jié)果，需要至少13天以上的 時(shí)間；本發(fā)明采用溶氧值測(cè)定方法從準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)液到得到待測(cè)水樣結(jié)果，只需要花費(fèi)1天的 時(shí)間，大大縮短了檢測(cè)的時(shí)間； 2. 準(zhǔn)確度更高：傳統(tǒng)測(cè)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(cè)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(xì)菌生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)方程用式（1)表 示：

【權(quán)利要求】
1. 一種快速簡(jiǎn)便評(píng)價(jià)水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的方法，其特征在于通過快速、 高靈敏度檢測(cè)水中溶解氧消耗速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水源水和飲用水中微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速簡(jiǎn)便評(píng)價(jià)水源水和飲用水微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的方法， 其特征在于通過檢測(cè)水中溶解氧消耗速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水源水和飲用水中微生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng) 價(jià)，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(cè)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(cè)水中溶解氧消耗速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，其特征在于，所述步驟（2)中以活性污泥作為試驗(yàn)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(cè)水中溶解氧消耗速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，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(shí)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(cè)水中溶解氧消耗速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，其特征在于，所述步驟（4)中樣品按傳統(tǒng)可同化有機(jī)碳（AOC)檢測(cè)方 法取樣、過濾、經(jīng)高壓滅菌（121°C，20min)后冷至室溫；將樣品進(jìn)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(jī)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(cè)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(dá)到飽和。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過檢測(cè)水中溶解氧消耗速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，其特征在于，所述步驟（5)中溶解氧消耗速率的測(cè)定：已放有一個(gè)磁 力攪拌子的IOmL玻璃樣品瓶中，加入標(biāo)準(zhǔn)樣或者待測(cè)水樣(提前曝氣至飽和)，使溶液剛好 充滿待測(cè)裝置，內(nèi)部所有空氣同時(shí)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?jī)?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(dòng)溶氧值自動(dòng)記錄程序，每隔 IOs記錄實(shí)時(shí)溶氧值，連續(xù)IOmin ;整個(gè)測(cè)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(cè)水樣中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過檢測(cè)水中溶解氧消耗速率實(shí)現(xiàn)對(duì)水源水和飲用水中微 生物污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，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(cè)水樣的溶 氧值變化繪制在同一個(gè)曲線圖中，分析溶氧值穩(wěn)定變化時(shí)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(cè)水樣的溶氧值變化的斜率（V)代入方程，求得其對(duì)應(yīng)的AOC濃度；通 常認(rèn)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(shí)，水質(zhì)是生物穩(wěn)定的；可根據(jù)計(jì)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(xiǎn)，AOC值越大，受到(或爆發(fā)）微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)越大，反之越小。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104316572SQ201410647033
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所