紫外消毒后出水粪大肠菌群数的检测研究
紫外消毒后出水粪大肠菌群数的检测研究
陈爱朝,李碧科
(杭州市水务控股集团有限公司，浙江杭州310009)
摘要：紫外消毒是当前污水处理厂用于杀灭粪大肠菌群的主要消毒技术之一。对紫外消毒后水样在不同保存条件、不同保存时间后的粪大肠菌群数检测，发现粪大肠菌群数发生明显变化。据此探讨提出水样的采集、保存和送检要求，提出针对GB 18918—2002中粪大肠菌群数检测的调整建议、环保对粪大肠菌群数检测和执法建议。
粪大肠菌群数是城镇污水厂出水水质基本控制项目指标之一，也是环保部门对污水厂出水水质考核的一项主要指标。紫外线消毒、液氯消毒、二氧化氯消毒及次氯酸钠消毒等是用于杀灭城镇污水厂出水粪大肠菌群的主要技术，其中紫外线消毒被越来越多地用于污水处理厂出水消毒。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）规定，出水水质监测取样频率至少为1次/2 h，取24 h混合样，以日均值计，采用多管发酵法检测。《城镇污水处理厂运行、维护及安全技术规程》（CJJ 60—2011）明确，出水粪大肠菌群数每日检测1次。不同检测单位对紫外消毒后平行水样的粪大肠菌群数的检测结果差异较大，存在较大争议。但不同单位和人员采用同种或不同检测方法在统一组织的同一地点同时开展平行样检测时，结果却基本一致，表明检测方法和检测技能不是影响检测数据差异的主要原因。
1 样品来源和检测方法
样品取自杭州某城市污水厂，污水经A2O工艺处理后再进行紫外消毒。样品采集为瞬时水样，采集后在厂内实验室采用固定底物技术酶底物法测定，使用受专利保护的选择性培养基（MMO-MUG），该方法通过了我国《生活饮用水标准检验方法》及美国环境保护局《水与废水标准检测方法》认证。
2 比对方案
比对检测采用平行样分析。取两组样品，将每组样品分别分成4个平行样，检测平行样品在不同保存时间、不同保存条件下的粪大肠菌群数。
2.1 不同的样品保存时间
试验取样时间为上午9:00，取样后立即开始第一次粪大肠菌群数检测，然后分别于11:00、13:00、15:00、17:00及次日13:00各检测一次。
2.2 不同的样品保存条件
试验样品分两种方式保存：方式一是室温保存，试验时室温为20 ℃左右；方式二是冷藏保存，即保存于温度控制在低于4 ℃的冰箱中。
3 检测结果与分析
3.1 检测结果
两组样品的粪大肠菌群数检测结果分别见表1、2。
表1 室温保存时的检测结果
表2 冷藏保存时的检测结果
3.2 结果分析
3.2.1 样品不同保存时间的结果分析
样品一和样品二的4个平行样间隔不同时间的检测结果(见图1、2)表明，室温保存（样品一）的4个平行样在取样后间隔不同时间的检测数据分别基本一致，数据重合度极高，粪大肠菌群数均随着间隔时间的延长而大量增加。冷藏保存（样品二）的4个平行样除平行样3外，其余平行样的检测数据变化趋势基本一致，粪大肠菌群数也随着时间的延长有所增加，但增长速率没有室温保存时快。由此可知，水样中的粪大肠菌群数会随着采样后检测间隔时间的不同产生变化，采样后是否及时检测会直接影响粪大肠菌群数的测定结果准确性。
图1 室温保存时的4个平行样检测结果
图2 冷藏保存时的4个平行样检测结果
3.2.2 样品不同保存条件的结果分析
将样品一、样品二的4个平行样在相同时点的检测数据分别取平均值，形成不同保存条件下不同检测时间的检测结果变化曲线，结果见图3。
图3 不同保存条件下的粪大肠菌群数变化曲线
由图3可以看出，室温保存的样品随着保存时间的延长，粪大肠菌群数的增长速度很快。取样6 h后的粪大肠菌群数增加至初始值的10倍之多，采样时粪大肠菌群数平均仅为719个/L，达到GB 18918—2002的一级A标准；6 h后平均达到7 571个/L，接近一级B标准限值；间隔28 h后平均达到33 430个/L，为初始值的46倍,这一增长趋势与胡洪营等的研究结果一致。按此类推，若采样时粪大肠菌群数超过1 000个/L，在室温条件下保存6 h后的粪大肠菌群数将可能超过一级B标准。冷藏保存的样品随着保存时间的延长，粪大肠菌群数变化不明显，取样8 h后仍基本接近初始的粪大肠菌群数，变化幅度很小，间隔28 h后约增加到1.6倍。
由此可知，水样采集后是否及时冷藏保存会直接影响到粪大肠菌群数的测定准确性，如果没有对样品进行冷藏保存，会使粪大肠菌群数检测结果远远偏离实际。
4 问题探讨
4.1 检测结果偏离原因探讨
城镇污水处理厂出水紫外消毒的紫外线与水体的接触时间极短，且紫外线由于不能提供持久的消毒能力，若紫外消毒剂量不足或受出水较高的SS浓度等因素影响时，粪大肠菌群会出现较多电晕现象，该部分粪大肠菌群在脱离紫外线照射并在可见光下可快速修复由紫外线造成的DNA损伤而复活，且随着光照强度的增加以及光照时间的延长，复活程度加大。因此，检测的及时性和保存方式会对检测结果产生明显影响。
4.2 样品采集要求探讨
按照GB 18918—2002明确的出水水质取样监测方式，一般使用24 h自动取样器采样，所有样品混合后再进行检测。按此方式，取第一个和最后一个样的时间间隔均为24 h，虽然有些24 h取样器具备冷藏保存功能，但除最后一个样品外均已被保存了较长一段时间。根据试验结果，粪大肠菌群测定的时间因素和温度因素影响非常明显，采用GB 18918—2002确定的取样方法所测数据将肯定偏离样品采集时的真实值，因此，认为GB 18918—2002标准应针对粪大肠菌群数测定的取样方法进行调整。
较为准确的方法是，检验人员每2 h至紫外消毒后出水采集瞬时样检测，采样前对采样容器经160 ℃热灭菌2 h，采样时不用水样冲洗采样容器，取24 h瞬时样的检测平均值作为当日出水水质评价结果，但该法将大量增加检测工作量、试剂消耗和人工等成本，按此需调整检测频次。
4.3 样品的送检和保存要求探讨
预防样品采集与检测分析的间隔内发生变化是确保检测结果符合实际的前提条件之一,保存不当会导致粪大肠菌群死亡或生长，严重影响检验结果的准确性。
4.3.1 送检要求
水样采集后原则上应第一时间送实验室进行检测，《水和废水监测分析方法》明确，采样后应2 h内送实验室检测。
4.3.2 保存要求
为确保检测数据准确可靠，采样后应立即放入装有冷冻剂的保温袋或用车载冰箱冷藏保存，确保样品在转移过程中不变质。样品应在4 ℃左右保存，并应在12 h内开展检测工作，且应注明采样到检测的间隔时间和保存条件。此外，严冬研究表明白色广口瓶水样中的粪大肠菌复活率远远高于棕色瓶中的复活率，因此样品宜存放于颜色较暗的瓶体。
4.4 粪大肠菌群数检测结果的可验证性探讨
粪大肠菌群数作为污水处理厂主要控制和考核指标之一，环保部门在每次例行检查或飞行检查时都会采集瞬时样检测，检测结果作为执法依据。由于粪大肠菌群数检测即便采用酶底物法也需24 h以上时间才能完成，被检单位得知检测结果最快也需在取样后第3天，保留的平行样因粪大肠菌群复活等原因而使开展第三方验证变得毫无意义，检测结果的可验证性无法得到满足。此外，由于水样中的粪大肠菌群数会随着保存条件、检测间隔时间的不同产生明显变化，而环保部门取样后一般很难立即开展对应检测，在众多条件会影响粪大肠菌群数检测结果准确性且GB 18918—2002明确以混合样日均值计的情况下，以单一瞬时样检测结果作为执法依据是值得商榷的。因此，环保部门对紫外消毒后粪大肠菌群数的检测执法，应该在污水处理厂内直接采集多个瞬时样检测，以多个瞬时样的平均值为依据，污水厂监测人员同步开展平行样比对检测，)确保检测结果的验证性，体现执法的严谨和公正。
5 结论
① 污水处理厂出水中的粪大肠菌群数检测结果会因不同保存条件和检测间隔时间发生明显变化，采样后应予以冷藏保存并第一时间送检。
② 按照GB 18918—2002明确的取样方法取样检测粪大肠菌群数不太合理，建议予以调整。
③ 对粪大肠菌群数的执法检测应体现可验证性，建议以现场检测多个瞬时样的平均值为执法依据。
（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第6期“分析与监测”栏目）
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