一种可用于水中可生物降解有机物和微生物污染监测的生物氧化反应柱的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可用于水中可生物降解有机物和微生物污染监测的生物氧化反应柱。本发明的目的是这样实现的，一种可用于水中可生物降解有机物和微生物污染监测的生物氧化反应柱，其特征是：由内壳和外壳构成反应柱的柱体，柱体内填充了附着有大量固定化混合培养细菌的多孔陶粒；柱体上下两端各有一层无机滤膜，用于截留混合培养细菌，防止微生物的流失；将待测水样充分曝气后，通过蠕动泵以向上流方式流入生物氧化反应柱，流速保持恒定，一段时间后，待反应达到稳定时，通过测定反应柱进出水溶解氧浓度的差值，再比较标准碳溶液（常用乙酸碳溶液）进出水溶解氧浓度的差值，就可以求出水样可生物降解有机物的浓度。
【专利说明】-种可用于水中可生物降解有机物和微生物污染监测的生 物氧化反应柱
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种检测装置元件，特别是一种可用于水中可生物降解有机物和微生 物污染监测的的生物氧化反应柱。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于污染事故频发和水源水的常态污染，我国的水源水和饮用水安全正 面临着严峻挑战。在此形势下，水源水和饮用水微生物污染的风险预警就显得尤为重要。当 水体中可供微生物利用的有机物超过一定浓度时，就会导致微生物过度生长，从而引发微 生物污染事故。
[0003] 水源水和饮用水中能够被异养菌无机化的有机物称为可生物降解有机物，可用 BDOC或AOC等表征。可生物降解有机物与异养细菌在水体中的生长密切相关，是研究水源 水和饮用水生物稳定性所要关注的重要的指标。现有BDOC或AOC的检测方法，耗时长，操 作繁琐，缺乏时效性，很难做到有效地监测水质微生物污染风险的发生。
[0004] 因此，有必要发开一种新的可生物降解有机物的检测方法和相应的装置，简化操 作流程，缩短检测时间，提高对水质微生物污染风险的预警作用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种能够对水源水和饮用水微生物污染风险快速检测，操作 简单的，可用于水中可生物降解有机物和微生物污染监测的生物氧化反应柱。
[0006] 本发明目的是提供一种可用于水中可生物降解有机物和微生物污染监测的生物 氧化反应柱，其特征为由内壳⑦和外壳④构成反应柱的柱体，柱体内填充了附着有大量固 定化混合培养细菌⑤的多孔陶粒⑥，陶粒的粒径为1-2_ ;柱体上下两端各有一层无机滤 膜③，柱体上下有两个进出水口②及封闭进出水口用的硅胶塞①。
[0007] 本发明的目的是这样实现的，一种可用于水中可生物降解有机物和微生物污染监 测的生物氧化反应柱，其特征是：将待测水样充分曝气后，通过蠕动泵以向上流的方式流入 生物氧化反应柱，流速保持恒定。将两个溶解氧探头分别与生物氧化反应柱的进出水端相 连接，待反应达到稳定时，记录生物氧化反应柱进出水的溶解氧值。
[0008] 本发明检测目的是这样实现的，通过微生物利用水体可生物降解有机物消耗的溶 解氧浓度与可生物降解有机物浓度成正相关的关系，测定已知浓度的标准碳溶液(常用乙 酸碳溶液）流经生物氧化反应柱前后溶解氧浓度的差值，就可以绘制出溶解氧消耗量与乙 酸碳浓度相关的标准曲线。再将待测水样流经生物氧化反应柱前后溶解氧浓度的差值代入 标准曲线拟合的方程，就可以求出待测水样的可生物降解有机物的浓度。
[0009] 所述的内壳和外壳是通过内牙和外牙旋紧构成柱体的，便于柱内生物填料的更 换。上下两个外壳各有一个进出水口，任一端均可作为进口或出口，易于操作。
[0010] 所述的无机滤膜是经过无碳化处理的，具有选择性透过，能够使水自由流过而同 时截留微生物，防止微生物的流失。
[0011] 所述的多孔陶粒是经过无碳化处理的，然后接种经过特殊驯化筛选的混合细菌， 使之成为生物膜，然后填充在柱体内的。
[0012] 所述的陶粒上附着的混合培养细菌，其菌株的保藏信息为：克雷伯氏菌 sp.)的保藏号为CCTCC M 2014600,气单胞菌（Jerofflmas sp.)的保藏号为 CCTCC M 2014601，丛毛单胞菌（sp.)的保藏号为CCTCC M 2014602,寡养单胞菌 sp.)的保藏号为 CCTCC M 2014603,不动杆菌（JcifleioAacier sp.)的 保藏号为 CCTCC M 2014604,微杆菌如cieri應 sp.)的保藏号为 CCTCC M 2014605， 希瓦氏菌sp.)的保藏号为 CCTCC M 2014606。
[0013] 所述的生物氧化反应柱在未使用前，内部充满了无碳水配制的磷酸盐矿物质盐缓 冲液，含有除碳源外微生物生长所需的氮源、磷源等营养物质，能够维持陶粒上混合培养细 菌的活性。未使用时，生物氧化反应柱的两端使用硅胶塞封闭。使用时，开启蠕动泵，让导 管内充满待测水样，先拆生物氧化反应柱上端硅胶塞，与进水导管连接，然后将下端倒置朝 上，再拆另一端硅胶塞，与出水导管连接，以防止空气进入生物氧化反应柱内影响溶解氧值 的测定。
[0014] 所述的生物氧化反应柱可作为一个生物氧化反应的主要元件，能够与曝气装置、 蠕动泵、导管、溶解氧仪和计算机等配件或仪器组合，搭建成一个实时在线的微生物污染监 测装置，实现对水中可生物降解有机物的动态循环测定。
[0015] 本发明的优点是：生物氧化反应柱可用于动态循环测定可生物降解有机物，操作 过程简单，可自动化，检测时间短，数据分析容易，从而提高了检测的时效性，减轻了人员劳 动强度，能有效监测水质的微生物污染风险的发现。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1，本发明试例结构示意图： 图中，①硅胶塞，用于封闭生物氧化反应柱的两端进出水口；②进出水口，用于水样的 进出；③无机滤膜，经无碳化处理，具有选择性透过，水可以自由流过，用于截留混合培养细 菌，防止微生物流失；④外壳，带有外牙，与内壳共同构成柱体；⑤混合培养细菌，为特殊驯 化筛选的几株细菌的一株或几株菌的组合；⑥多孔陶粒，经无碳化处理，陶粒上附着大量固 定化的混合培养细菌；⑦内壳，带有内牙，与外壳共同构成柱体；⑧外牙接口，与内壳的内 牙互相咬合；⑨内牙接口，与外壳的外牙互相咬合。
[0017] 图2,标准曲线及拟合方程： 图中，是乙酸碳浓度（S)与进出水溶解氧差值(Λ OD =OD进水-OD出水)相关的标准曲 线，及由标准曲线拟合的方程。
[0018] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。 实施例
[0019] 实验步骤： (1)配制磷酸缓冲溶液：300mM磷酸缓冲液的配制（PH=7. 2):称取700mg K2HPO4, IOmg MgSO4 · 7H20, IOOmg (NH4)2SO4, IOmg NaCl 和 IOOug FeSO4,加超纯水定容于 IL 容量瓶； (2) 配制矿物质盐溶液：称取171 mg K2HP04,767 mg NH4C1和1.44 g KN03,加超纯水 定容于IL容量瓶； (3) 配制标准乙酸碳溶液：配制Ig C/L乙酸碳母液，加入矿物质盐溶液(按0. 5%体积 力口)和磷酸缓冲溶液(按1%体积加)并稀释出系列标准乙酸碳溶液，浓度分别为〇 μ g C/L， 5 yg C/L，10 yg C/L，20 yg C/L，40 yg C/L，巴氏消毒，冷却后备用； (4) 准备待测水样：按传统AOC检测方法取水样、过滤，用超纯水将水样进行不同梯度 的稀释，稀释的同时加入矿物质盐溶液(按〇. 5%体积加)和磷酸缓冲溶液(按1%体积加)，以 得到与体系中生物量、溶解氧等相适宜的有机物量，巴氏消毒，冷却后备用； (5) 曝气：将标准样和待测水样，使用无菌空气曝气30min-lh，使水样的溶解氧浓度达 到饱和； (6) 测定溶解氧值：将曝气后的水样经蠕动泵以lmL/min的流速流经生物氧化反应柱， 在生物氧化反应柱的进出水口处各连接一个溶解氧探头，待反应体系稳定时，记录进出水 的溶解氧值（0D),进出水溶解氧的差值即为反应消耗的溶解氧量(见表1); (7) 分析数据：绘制乙酸碳浓度与进出水溶解氧差值相关的标准曲线，拟合出方程(见 图2)，将待测水样的溶解氧差值(见表2)代入方程，求出待测水样可生物降解有机物的浓 度(见表3)。
[0020] 表1标准样进出水溶解氧差值
【权利要求】
1. 一种可用于水中可生物降解有机物和微生物污染监测的生物氧化反应柱，其特征 是，由内壳⑦和外壳④构成反应柱的柱体，柱体内填充了附着有大量固定化混合培养细菌 ⑤的多孔陶粒⑥；柱体上下两端各有一层无机滤膜③，柱体上下有两个进出水口②及封闭 进出水口用的硅胶塞①。
2. 根据权利要求书1所述的生物氧化反应柱，其功能是这样实现的：将待测水样充分 曝气后，通过蠕动泵以向上流的方式流进该生物氧化反应柱，流速保持恒定，一段时间后， 待反应达到稳定时，通过测定反应柱进出水溶解氧浓度的差值，再比较标准碳源溶液(常用 乙酸碳溶液）的进出水溶解氧浓度的差值，就可以求出水样中可生物降解有机物的浓度。
3. 根据权利要求书1所述的生物氧化反应柱，所述陶粒的粒径为l_2mm，用于固定化混 合培养细菌前必须先经过无碳化处理。
4. 陶粒上的固定化混合培养细菌为本发明人经过驯化筛选的克雷伯氏菌 (sp.)、气单胞菌 drofflmas sp.)、丛毛单胞菌（sp.)、寡养单胞 |if (Stenotrophomonas sp.)、不动杆菌（乙〇办ac乙er sp. )> -}?If |if (Exiguobacterium sp.)和希瓦氏菌sp.)的一株或几株菌的组合，这些菌株能有效利用水样中的 可生物降解有机物作为其底物。
5. 根据权利要求书1所述的生物氧化反应柱，其中反应柱柱体及无机滤膜均经过无碳 化处理。
6. 根据权利要求书1所述的生物氧化反应柱，其中无机滤膜具有选择性透过，能够使 水自由流过而同时截留微生物，防止微生物的流失。
7. 根据权利要求书1所述的生物氧化反应柱，上下两个外壳各有一个进出水口，任一 端均可作为进口或出口，这样设计便于使用者操作。
【文档编号】C12R1/01GK104498347SQ201410801589
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】于鑫, 李晶晶, 叶成松, 鹿长青, 张胜华, 郑运鸿 申请人:中国科学院城市环境研究所