一種可用于水中可生物降解有機物和微生物污染監測的生物氧化反應柱的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可用于水中可生物降解有機物和微生物污染監測的生物氧化反應柱。本發明的目的是這樣實現的，一種可用于水中可生物降解有機物和微生物污染監測的生物氧化反應柱，其特征是：由內殼和外殼構成反應柱的柱體，柱體內填充了附著有大量固定化混合培養細菌的多孔陶粒；柱體上下兩端各有一層無機濾膜，用于截留混合培養細菌，防止微生物的流失；將待測水樣充分曝氣后，通過蠕動泵以向上流方式流入生物氧化反應柱，流速保持恒定，一段時間后，待反應達到穩定時，通過測定反應柱進出水溶解氧濃度的差值，再比較標準碳溶液（常用乙酸碳溶液）進出水溶解氧濃度的差值，就可以求出水樣可生物降解有機物的濃度。
【專利說明】-種可用于水中可生物降解有機物和微生物污染監測的生 物氧化反應柱
【技術領域】
[0001] 本發明屬于一種檢測裝置元件，特別是一種可用于水中可生物降解有機物和微生 物污染監測的的生物氧化反應柱。
【背景技術】
[0002] 近年來，由于污染事故頻發和水源水的常態污染，我國的水源水和飲用水安全正 面臨著嚴峻挑戰。在此形勢下，水源水和飲用水微生物污染的風險預警就顯得尤為重要。當 水體中可供微生物利用的有機物超過一定濃度時，就會導致微生物過度生長，從而引發微 生物污染事故。
[0003] 水源水和飲用水中能夠被異養菌無機化的有機物稱為可生物降解有機物，可用 BDOC或AOC等表征。可生物降解有機物與異養細菌在水體中的生長密切相關，是研究水源 水和飲用水生物穩定性所要關注的重要的指標。現有BDOC或AOC的檢測方法，耗時長，操 作繁瑣，缺乏時效性，很難做到有效地監測水質微生物污染風險的發生。
[0004] 因此，有必要發開一種新的可生物降解有機物的檢測方法和相應的裝置，簡化操 作流程，縮短檢測時間，提高對水質微生物污染風險的預警作用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種能夠對水源水和飲用水微生物污染風險快速檢測，操作 簡單的，可用于水中可生物降解有機物和微生物污染監測的生物氧化反應柱。
[0006] 本發明目的是提供一種可用于水中可生物降解有機物和微生物污染監測的生物 氧化反應柱，其特征為由內殼⑦和外殼④構成反應柱的柱體，柱體內填充了附著有大量固 定化混合培養細菌⑤的多孔陶粒⑥，陶粒的粒徑為1-2_ ;柱體上下兩端各有一層無機濾 膜③，柱體上下有兩個進出水口②及封閉進出水口用的硅膠塞①。
[0007] 本發明的目的是這樣實現的，一種可用于水中可生物降解有機物和微生物污染監 測的生物氧化反應柱，其特征是：將待測水樣充分曝氣后，通過蠕動泵以向上流的方式流入 生物氧化反應柱，流速保持恒定。將兩個溶解氧探頭分別與生物氧化反應柱的進出水端相 連接，待反應達到穩定時，記錄生物氧化反應柱進出水的溶解氧值。
[0008] 本發明檢測目的是這樣實現的，通過微生物利用水體可生物降解有機物消耗的溶 解氧濃度與可生物降解有機物濃度成正相關的關系，測定已知濃度的標準碳溶液(常用乙 酸碳溶液）流經生物氧化反應柱前后溶解氧濃度的差值，就可以繪制出溶解氧消耗量與乙 酸碳濃度相關的標準曲線。再將待測水樣流經生物氧化反應柱前后溶解氧濃度的差值代入 標準曲線擬合的方程，就可以求出待測水樣的可生物降解有機物的濃度。
[0009] 所述的內殼和外殼是通過內牙和外牙旋緊構成柱體的，便于柱內生物填料的更 換。上下兩個外殼各有一個進出水口，任一端均可作為進口或出口，易于操作。
[0010] 所述的無機濾膜是經過無碳化處理的，具有選擇性透過，能夠使水自由流過而同 時截留微生物，防止微生物的流失。
[0011] 所述的多孔陶粒是經過無碳化處理的，然后接種經過特殊馴化篩選的混合細菌， 使之成為生物膜，然后填充在柱體內的。
[0012] 所述的陶粒上附著的混合培養細菌，其菌株的保藏信息為：克雷伯氏菌 sp.)的保藏號為CCTCC M 2014600,氣單胞菌（Jerofflmas sp.)的保藏號為 CCTCC M 2014601，叢毛單胞菌（sp.)的保藏號為CCTCC M 2014602,寡養單胞菌 sp.)的保藏號為 CCTCC M 2014603,不動桿菌（JcifleioAacier sp.)的 保藏號為 CCTCC M 2014604,微桿菌如cieri應 sp.)的保藏號為 CCTCC M 2014605， 希瓦氏菌sp.)的保藏號為 CCTCC M 2014606。
[0013] 所述的生物氧化反應柱在未使用前，內部充滿了無碳水配制的磷酸鹽礦物質鹽緩 沖液，含有除碳源外微生物生長所需的氮源、磷源等營養物質，能夠維持陶粒上混合培養細 菌的活性。未使用時，生物氧化反應柱的兩端使用硅膠塞封閉。使用時，開啟蠕動泵，讓導 管內充滿待測水樣，先拆生物氧化反應柱上端硅膠塞，與進水導管連接，然后將下端倒置朝 上，再拆另一端硅膠塞，與出水導管連接，以防止空氣進入生物氧化反應柱內影響溶解氧值 的測定。
[0014] 所述的生物氧化反應柱可作為一個生物氧化反應的主要元件，能夠與曝氣裝置、 蠕動泵、導管、溶解氧儀和計算機等配件或儀器組合，搭建成一個實時在線的微生物污染監 測裝置，實現對水中可生物降解有機物的動態循環測定。
[0015] 本發明的優點是：生物氧化反應柱可用于動態循環測定可生物降解有機物，操作 過程簡單，可自動化，檢測時間短，數據分析容易，從而提高了檢測的時效性，減輕了人員勞 動強度，能有效監測水質的微生物污染風險的發現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1，本發明試例結構示意圖： 圖中，①硅膠塞，用于封閉生物氧化反應柱的兩端進出水口；②進出水口，用于水樣的 進出；③無機濾膜，經無碳化處理，具有選擇性透過，水可以自由流過，用于截留混合培養細 菌，防止微生物流失；④外殼，帶有外牙，與內殼共同構成柱體；⑤混合培養細菌，為特殊馴 化篩選的幾株細菌的一株或幾株菌的組合；⑥多孔陶粒，經無碳化處理，陶粒上附著大量固 定化的混合培養細菌；⑦內殼，帶有內牙，與外殼共同構成柱體；⑧外牙接口，與內殼的內 牙互相咬合；⑨內牙接口，與外殼的外牙互相咬合。
[0017] 圖2,標準曲線及擬合方程： 圖中，是乙酸碳濃度（S)與進出水溶解氧差值(Λ OD =OD進水-OD出水)相關的標準曲 線，及由標準曲線擬合的方程。
[0018] 下面結合實施例對本發明做進一步說明。 實施例
[0019] 實驗步驟： (1)配制磷酸緩沖溶液：300mM磷酸緩沖液的配制（PH=7. 2):稱取700mg K2HPO4, IOmg MgSO4 · 7H20, IOOmg (NH4)2SO4, IOmg NaCl 和 IOOug FeSO4,加超純水定容于 IL 容量瓶； (2) 配制礦物質鹽溶液：稱取171 mg K2HP04,767 mg NH4C1和1.44 g KN03,加超純水 定容于IL容量瓶； (3) 配制標準乙酸碳溶液：配制Ig C/L乙酸碳母液，加入礦物質鹽溶液(按0. 5%體積 力口)和磷酸緩沖溶液(按1%體積加)并稀釋出系列標準乙酸碳溶液，濃度分別為〇 μ g C/L， 5 yg C/L，10 yg C/L，20 yg C/L，40 yg C/L，巴氏消毒，冷卻后備用； (4) 準備待測水樣：按傳統AOC檢測方法取水樣、過濾，用超純水將水樣進行不同梯度 的稀釋，稀釋的同時加入礦物質鹽溶液(按〇. 5%體積加)和磷酸緩沖溶液(按1%體積加)，以 得到與體系中生物量、溶解氧等相適宜的有機物量，巴氏消毒，冷卻后備用； (5) 曝氣：將標準樣和待測水樣，使用無菌空氣曝氣30min-lh，使水樣的溶解氧濃度達 到飽和； (6) 測定溶解氧值：將曝氣后的水樣經蠕動泵以lmL/min的流速流經生物氧化反應柱， 在生物氧化反應柱的進出水口處各連接一個溶解氧探頭，待反應體系穩定時，記錄進出水 的溶解氧值（0D),進出水溶解氧的差值即為反應消耗的溶解氧量(見表1); (7) 分析數據：繪制乙酸碳濃度與進出水溶解氧差值相關的標準曲線，擬合出方程(見 圖2)，將待測水樣的溶解氧差值(見表2)代入方程，求出待測水樣可生物降解有機物的濃 度(見表3)。
[0020] 表1標準樣進出水溶解氧差值
【權利要求】
1. 一種可用于水中可生物降解有機物和微生物污染監測的生物氧化反應柱，其特征 是，由內殼⑦和外殼④構成反應柱的柱體，柱體內填充了附著有大量固定化混合培養細菌 ⑤的多孔陶粒⑥；柱體上下兩端各有一層無機濾膜③，柱體上下有兩個進出水口②及封閉 進出水口用的硅膠塞①。
2. 根據權利要求書1所述的生物氧化反應柱，其功能是這樣實現的：將待測水樣充分 曝氣后，通過蠕動泵以向上流的方式流進該生物氧化反應柱，流速保持恒定，一段時間后， 待反應達到穩定時，通過測定反應柱進出水溶解氧濃度的差值，再比較標準碳源溶液(常用 乙酸碳溶液）的進出水溶解氧濃度的差值，就可以求出水樣中可生物降解有機物的濃度。
3. 根據權利要求書1所述的生物氧化反應柱，所述陶粒的粒徑為l_2mm，用于固定化混 合培養細菌前必須先經過無碳化處理。
4. 陶粒上的固定化混合培養細菌為本發明人經過馴化篩選的克雷伯氏菌 (sp.)、氣單胞菌 drofflmas sp.)、叢毛單胞菌（sp.)、寡養單胞 |if (Stenotrophomonas sp.)、不動桿菌（乙〇辦ac乙er sp. )> -}?If |if (Exiguobacterium sp.)和希瓦氏菌sp.)的一株或幾株菌的組合，這些菌株能有效利用水樣中的 可生物降解有機物作為其底物。
5. 根據權利要求書1所述的生物氧化反應柱，其中反應柱柱體及無機濾膜均經過無碳 化處理。
6. 根據權利要求書1所述的生物氧化反應柱，其中無機濾膜具有選擇性透過，能夠使 水自由流過而同時截留微生物，防止微生物的流失。
7. 根據權利要求書1所述的生物氧化反應柱，上下兩個外殼各有一個進出水口，任一 端均可作為進口或出口，這樣設計便于使用者操作。
【文檔編號】C12R1/01GK104498347SQ201410801589
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月22日 優先權日:2014年12月22日
【發明者】于鑫, 李晶晶, 葉成松, 鹿長青, 張勝華, 鄭運鴻 申請人:中國科學院城市環境研究所