一种快速简便评价水源水和饮用水微生物污染风险的方法
【专利摘要】本发明涉及一种快速简便评价水源水和饮用水微生物污染风险的方法。本发明利用水中微生物生长速率与可生物降解有机质的关系，以及后者的代谢与溶解氧消耗的对应关系，通过检测耗氧速率实现对水中微生物污染风险的评价。本发明以简单易得的活性污泥做试验微生物，用不同浓度乙酸钠溶液做标准样，待测样品经简单预处理后测定其溶解氧消耗速率，根据标准曲线计算待测样品中的可生物降解有机物浓度，实现对样品微生物污染风险的评价。本发明相较于传统测定方法耗时短，检出限低，准确度高。本发明可对取水口、管网节点、入户自来水等饮用水系统重要位置的水样，实现快速、高灵敏度的微生物污染风险评价，切实保障城乡居民饮用水的生物安全性。
【专利说明】一种快速简便评价水源水和饮用水微生物污染风险的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种饮用水生物污染监测的方法，特别涉及一种快速简便评水源水和 饮用水微生物污染风险的方法，属于饮用水水质监测【技术领域】。
[0002]
【背景技术】
[0003] 饮用水生物安全性是对饮用水水质的基本要求，正得到社会各界越来越多的关 注。世界卫生组织（WHO)在《饮用水水质准则》中指出，饮用水的卫生问题大多与微生物(细 菌、病毒、原生动物或其他生物来源)的污染相关。近年来，由于污染事故频发和水源水的常 态污染，我国的饮用水安全正面临着严峻挑战。在此形势下，饮用水微生物污染的风险预警 就显得尤为重要。
[0004] 微生物生长必须利用一定量的有机物，但平时给水管网中处于贫营养状态，微 生物污染事故发生的一个必要条件是水中应有一定水平的可同化有机碳（Assimilable Organic Carbon, A0C)支撑微生物的生长，因此可以通过测定水中AOC的水平来间接反映 水体的微生物污染风险。但现有的检测方法对试验条件和操作人员的要求都比较高，最重 要的是耗时长，所获得结果对水质监测风险预警很难起到指导作用。因此，有必要研发一种 快速、对仪器和操作条件要求都很简单的评价水源水和饮用水微生物污染风险的方法，对 解决与生物安全性相关的突发性饮用水污染事件提供有效的技术支持。
[0005]
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种快速简便评价水源水和饮用水微生物污染风险的方法。 本发明利用水中微生物生长速率与水中可生物降解有机质的关系，以及后者的代谢与溶解 氧消耗的对应关系，通过快速、高效检测溶解氧消耗速率实现对水中微生物污染风险的评 价，做到及时预警，保障用水安全。
[0007] 本方法的步骤如下： (1) 缓冲液的制备： 300mM 磷酸缓冲液的配制（ΡΗ=7· 2):称取 700mg K2HPO4, IOmg MgSO4 · 7H20, IOOmg (NH4) 2S04, IOmg NaCl 和 IOOug FeSO4,溶于 IL 超纯水中，高压灭菌，20min ; 矿物质溶液的配制：称取171 mg K2HP04,767 mg NH4C1和1. 44 g KN03,溶于IL超纯 水中，高压灭菌，20min ; (2) 微生物的准备： 采集1-5L的普通城市污水处理厂曝气池(或类似工段)出水，将其静置过夜。取下层污 泥离心（6000 rpm，5min)，弃去上清，保留沉淀。使用3mM磷酸缓冲液将沉淀的污泥重悬，再 次离心（6000 rpm，5min)，弃去上清，保留沉淀。重复使用3mM磷酸缓冲液清洗沉淀的污泥 3遍，备用； (3) 标准样的制备： 称取3. 415g乙酸钠，加超纯水定容于IL容量瓶中，配成Ig C/L的母液。加入不同体 积的Ig C/L母液，同时加入5mL体积的300mM磷酸缓冲液和2. 5mL的矿物质盐溶液，加超 纯水定容于 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的标准液； (4) 取样及样品前处理： 按传统AOC检测方法取样、过滤、经高压灭菌（121°C，20min)后冷至室温。将样品 进行不同梯度的稀释，以得到与体系中生物量、溶解氧等相适宜的有机物量，操作同（3)中 描述； 将标准样和待测水样，分别取IOOmL移入干净的三角瓶中，使用曝气装置曝气 30min-lh,使水样的溶解氧浓度达到饱和； (5) 在已放有一个磁力搅拌子的IOmL玻璃样品瓶中，加入标准样或者待测水样(提前 曝气至饱和)，使溶液刚好充满待测装置，内部所有空气同时被排尽。从三角瓶中移走I mL 样品，再加入I mL的30% (W/W)活性污泥。瓶口立即用溶氧电极探头塞住，用生料带或者 薄膜封口，保证三角瓶内无气泡且生物量不流失。立即打开溶氧仪以及磁力搅拌器，并启动 溶氧值自动记录程序，每隔IOs记录实时溶氧值，连续lOmin。整个测定过程中，磁力搅拌子 以恒定的速度旋转，溶氧电极探头始终浸没在待测水样中； (6) 数据分析： 将标准样和待测水样的溶氧值变化绘制在同一个曲线图中，使用origin或其它统计 软件分析溶氧值稳定变化时的曲线斜率。以标准样的碳浓度（S)为横坐标，标准样溶氧值 变化的斜率（即反应速率，V)为纵坐标，绘制成曲线，并用软件拟合出相应的方程。将待测 水样的溶氧值变化的斜率（V)代入方程，求得其对应的AOC浓度。通常认为，在不加消毒剂 的情况下，AOC小于10 -20 μ g/L;加消毒剂的情况下，AOC小于50-100 μ g/L时，水质是 生物稳定的。可根据计算出的AOC浓度，并依此标准判断水源水和饮用水微生物污染的风 险。AOC值越大，受到(或爆发）微生物污染的风险越大，反之越小。
[0008] 备注说明：将实验所需的所有玻璃器皿均采用硅酸盐材质的玻璃器皿，并使用以 下方法清洗：稀硝酸浸泡过夜，使用自来水，纯水，超纯水，分别清洗三遍，置于60°C烘箱烘 干。
[0009] 本发明优点： 1. 耗时短：传统方法耗时长，从准备接种液到最终测定出结果，需要至少13天以上的 时间；本发明采用溶氧值测定方法从准备标准液到得到待测水样结果，只需要花费1天的 时间，大大缩短了检测的时间； 2. 准确度更高：传统测定方法只使用突光假单胞菌P17(fluorescent pseudomonads) 和螺旋菌NOX (spirillum)两株菌株，能够利用的碳源种类和数量有限；而本发明使用的活 性污泥含有的菌株种类多，能够利用更广泛的碳源物质，测定结果更准确。
[0010] 本发明的基本原理如下： 在水源水和饮用水环境中，无抑制剂存在的情况下，细菌生长的动力学方程用式（1)表 示：
【权利要求】
1. 一种快速简便评价水源水和饮用水微生物污染风险的方法，其特征在于通过快速、 高灵敏度检测水中溶解氧消耗速率实现对水源水和饮用水中微生物污染风险的评价。
2. 根据权利要求1所述的一种快速简便评价水源水和饮用水微生物污染风险的方法， 其特征在于通过检测水中溶解氧消耗速率实现对水源水和饮用水中微生物污染风险的评 价，具体包括以下步骤： (1) 缓冲液的配制， (2) 微生物的准备， (3) 标准样的制备， (4) 取样及样品前处理， (5) 溶解氧消耗速率的测定， (6) 数据分析。
3. 根据权利要求2所述的通过检测水中溶解氧消耗速率实现对水源水和饮用水中微 生物污染风险的评价，其特征在于，所述步骤（2)中以活性污泥作为试验微生物：采集1-5L 的普通城市污水处理厂曝气池（或类似工段）出水，将其静置过夜；取下层污泥离心（6000 rpm，5min)，弃去上清，保留沉淀，使用3mM磷酸缓冲液将沉淀的污泥重悬，再次离心（6000 rpm，5min)，弃去上清，保留沉淀；重复使用3mM磷酸缓冲液清洗沉淀的污泥3遍，备用。
4. 根据权利要求2所述的通过检测水中溶解氧消耗速率实现对水源水和饮用水中微 生物污染风险的评价，其特征在于，所述步骤（3)中以乙酸钠溶液做标准样：称取3. 415g乙 酸钠，加超纯水定容于IL容量瓶中，配成Ig C/L的母液；加入不同体积的Ig C/L母液，同 时加入5mL体积的300mM磷酸缓冲液和2. 5mL的矿物质盐溶液，加超纯水定容于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 标准液。
5. 根据权利要求2所述的通过检测水中溶解氧消耗速率实现对水源水和饮用水中微 生物污染风险的评价，其特征在于，所述步骤（4)中样品按传统可同化有机碳（AOC)检测方 法取样、过滤、经高压灭菌（121°C，20min)后冷至室温；将样品进行不同梯度的稀释，以 得到与体系中生物量、溶解氧等相适宜的有机物量，操作同权利要求2中步骤（3)描述；将 标准样和待测水样，分别取IOOmL移入干净的三角瓶中，使用曝气装置曝气30min-lh，使水 样的溶解氧浓度达到饱和。
6. 根据权利要求2所述的通过检测水中溶解氧消耗速率实现对水源水和饮用水中微 生物污染风险的评价，其特征在于，所述步骤（5)中溶解氧消耗速率的测定：已放有一个磁 力搅拌子的IOmL玻璃样品瓶中，加入标准样或者待测水样(提前曝气至饱和)，使溶液刚好 充满待测装置，内部所有空气同时被排尽；从三角瓶中移走I mL样品，再加入I mL的30% (W/W)活性污泥；瓶口立即用溶氧电极探头塞住，用生料带或者薄膜封口，保证三角瓶内无 气泡且生物量不流失，立即打开溶氧仪以及磁力搅拌器，并启动溶氧值自动记录程序，每隔 IOs记录实时溶氧值，连续IOmin ;整个测定过程中，磁力搅拌子以恒定的速度旋转，溶氧电 极探头始终浸没在待测水样中。
7. 根据权利要求2所述的通过检测水中溶解氧消耗速率实现对水源水和饮用水中微 生物污染风险的评价，其特征在于，所述步骤（6)中的数据分析：将标准样和待测水样的溶 氧值变化绘制在同一个曲线图中，分析溶氧值稳定变化时的曲线斜率；以标准样的碳浓度 (S)为横坐标，标准样溶氧值变化的斜率(即反应速率，V)为纵坐标，绘制成曲线，并拟合出 相应的方程；将待测水样的溶氧值变化的斜率（V)代入方程，求得其对应的AOC浓度；通 常认为，在不加消毒剂的情况下，AOC小于10 -20 y g/L，而加消毒剂的情况下，AOC小于 50-100 y g/L时，水质是生物稳定的；可根据计算出的AOC浓度，并依此标准判断水源水和 饮用水微生物污染的风险，AOC值越大，受到(或爆发）微生物污染的风险越大，反之越小。
【文档编号】G01N27/00GK104316572SQ201410647033
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】于鑫, 吕露, 李晶晶, 叶成松 申请人:中国科学院城市环境研究所