AOC （可同化有机碳）快速确定 —— 生物淤积 / 细菌再生长潜力早期预警

1. AOC（可同化有机碳）快速确定——生物淤积/细菌再生长潜力早期预警AOC（可同化有机碳）快速确定——生物淤积/细菌再生长潜力早期预警

2. 议程 • 定义——生物膜、生物淤积、生物稳定性 • 生物膜和生物膜发展影响因素引起的破坏 • 碳基营养物质的角色 • AOC测量 • 基于生物发光的AOC检测方法 • 应用实例（饮用水、死海、海水、工业水净化） • 概述总结——优势和好处 • 物流 • 问与答

3. 定义： • 生物淤积- 在表面（如管线）、未处理水水库、处理水存储水箱内微生物、藻类、硅藻、植物和动物的有害累积。 • 生物膜- 一种复杂的结构，粘附于常与水接触的物体表面，由细菌菌落构成，还常常包含其他一些能在自身外圈分泌粘质保护层的微生物，如酵母菌、菌类和原生生物。 • 生物稳定性- 限制饮用水中再生长的能力。 它取决于消毒剂残留的浓度和微生物生长所需基质的浓度。

4. 水体系统中生物膜会影响： • 水体质量（释放出的微生物造成污染） • 健康（水体中细菌和含细菌浮质的释放） • 水动力学参数（堵塞、摩擦和水阻力） • 物质（表面覆盖、表面属性变化、微生物性侵蚀[MIC]） 生物膜是造成工业生产数十亿损失的罪魁祸首， 它还造成每年产品和资产设备的破坏。

5. 脱盐系统生物膜破坏 一旦形成，生物膜就非常难以清除，不管使用消毒方法还是化学清除，从而导致： • 能源浪费 • 降低盐选择能力 • 缩短过滤膜生命周期

6. 生物膜对饮用水管网的破坏 • 水体逐渐丧失流动性 • 增加水泵压力 • 更大的扩展和侵蚀潜力

7. 导致生物膜生长的因素 • 水体中微生物营养物质的存在 • 管壁特征，如粗糙度 • 进入系统的水体的微生物和化学质量 • 水温和酸碱度 • 水体中低浓度消毒剂残留 • 水流速度

8. 营养物质汲取 • 要能生长，有机物必须从环境中汲取合成细胞物质和制造能量所需的所有物质。 • 对于大肠菌群和异养细菌，主要营养物质源来自磷、氮和有机碳，三者比例约为1:10:100（P:N:C）。 • 因此，有机碳通常就是生长抑制营养物质。 • 水体中许多有机碳化合物是自然存在的，来自于活体和腐蚀植物。 • 其中可能包括腐殖酸和富啡酸、聚合碳水化合物、蛋白质和羧酸。

9. 饮用水中的碳含量可用多种方式测量： • TOC - 总有机碳，即水体中存在的可溶性和不溶性有机碳化合物的总数量。 • DOC - 溶解有机碳，表示TOC的可溶部分。 • BDOC - 生物降解有机碳，测量三周后DOC的减少量。 • AOC - 可同化有机碳，表示水生微生物生长可直接消化和使用的DOC部分。 TOC DOC BDOC AOC 相对浓度图示

10. AOC测量的重要性 • 并非所有的水中有机化合物都支持微生物生长。 鉴于此，势必需要能定量测量水体中可同化的部分。 • 总有机碳（TOC）或溶解有机碳（DOC）在此方面已显不足，研究表明（Van der Kooij et al，1982；Werner和Hambsch，1986，1988）用于生物降解的总有机碳含量实际是十分稀少，而且常常变化起伏不定。

11. 标准AOC方法 Van der Kooij研究的生物分析方法（1982）： • 同一水样接种两种微生物（P17、NOX），监控其生长情况，并在5-7天后确定最大产率 • 根据已知的产率系数，计算出碳等量值（一般使用单位醋酸纤维碳ug数/L表示）。 • 这一方法仅限于实验室操作，而且需要大量物质，在合理处理水样时有诸多注意，以防受外来有机物污染。

12. 饮用水系统AOC检测应用 在荷兰开展的研究证实HPC细菌的生长： • 限制在10µg/L AOC水平下 • 偶尔达到20-50 µg/L AOC水平 • 始终在50 µg/L AOC水平上发生

13. 使用基于发光细菌的生物分析的优势 • 发光细菌的干冻处理可以保持长期稳定。 • 水合细菌能重新达到体内发光最高水平。 • 发光度可使用现有的光度计方便地测量。

14. 应用和好处 PCB-AOC检测可用于： • 监控各个预和后过滤步骤的水体 • 优化过滤反冲洗的时序 • 提供过滤膜生物沉淀早期预警 • 细菌再生长潜力预测指示 • 生物稳定性变化早期预警 • 降低操作和维护成本

15. AOC检测 – 特性和优势： 原理 – 无营养物质补偿的发光细菌不会发光；一旦接触到水样，发光度的变化反映可利用有机碳化合物的浓度 生物分析 – 干冻发光细菌（Vibrio harveyi -饮用水应用；Vibrio fischeri - 海水应用） 仪器设备– 光度计、吸液管、吸液尖嘴、水箱/培养箱 快速 – 在2小时内得出结果 灵敏 – 可以检测大量可同化有机化合物的各种浓度（10-1000 ppb） 可靠 – 与标准AOC检测达到较高的相关性 价廉 – 低价促进检测频率加大，可严密监控水处理过程和优化成本高昂的消毒处理

16. 发光细菌对水体中各种营养物质的灵敏度

17. 与标准检测（Van der Kooij）的相关性

18. 应用 示例

19. 挪威原水水样和处理水样的AOC和相关水质数据

20. 监控工业水净化系统的生物淤积潜力 • 工厂A，在GAC步骤（#3）发现问题。 • AOC水平的提高可能由微生物累积造成。 • 早期预警可以保护昂贵的RO膜。 使用AOC检测可以降低操作和维护成本 数据单位使用ppb碳表示。

21. 检测包仪器和附件 每一检测包装有下列物品： 生物传感器瓶 分析缓冲液 水合缓冲液 碳鸡尾酒标准 空置检测瓶 其他所需仪器： 水箱和加热板 连续分注器 吸液管和尖嘴 Vortex混合器

22. 物流 一旦收到，立即开箱，转移： 缓冲液箱到4°C - [千万不要冷冻！] 细菌箱到冷冻室（-14°C） - 注意 - 在每一箱体上都标有过期日期贴纸（如EXP 01/09）

23. PCB-AOC检测程序 分步讲解

24. PCB-AOC检测协议

25. 成功操作的重要提示 • 严格准确遵守检测协议——不要试图修改试剂和缓冲液的容量。 • 对于参考干净水，使用低于5 ppb TOC的水，如Milli-Q Element/Gradient/Synthesis Grade。 • 将分析缓冲液放置在一次性无菌塑料试管，或漂洗和加热处理（250°C 8小时）的玻璃器皿内。 • 不要光手碰触尖嘴，减少污染风险。 • 建议采用一式两份方式检测水样，至少是在第一次检测时，确保精确执行检测过程。 • 当检测许多水样时，确保在读数期间在开始时读取控制液读数，然后在结束时再读取一次，因为光强度会随时间一起变化。 • 在稀释步骤，要小心防止尖嘴浸入液体过多，确保无气泡形成。 • 如果3个负控制试管中其中一个显示结果与其他两个存在较大差异，则丢弃这一试管，计算3试管中其他两者的平均数。

26. 步骤1 - 开始准备：水样连续稀释 • 在合适的试管架上请清晰标记的试管一字排开。 在第一个试管中注入1.75ml受测水样。 添加0.25ml浓缩分析缓冲液。 使用vortex混合均匀。 • 在试管#2-14分别注入1ml稀释分析缓冲液。 从第一个试管取出1ml小份注入第二个试管（即第一次双重稀释）。 混合均匀。 • 重复这样的步骤5次，直到第7个试管，稀释程度最终达到约75倍。 从水样稀释组的最后一个检测瓶中取出1ml。 • 准备3个试管作为负控制（仅注入分析缓冲液）。 为了维持类似通风的条件，请确保通过上下模拟吸液混合这些试管。

27. 步骤1（续） - 开始准备：准备标准 • 最后4个试管将作为正控制。 • 按下列方式准备5ppm新鲜的碳鸡尾酒溶液从5mg/ml（5000ppm）的存储液中取出0.1ml注入0.9ml的稀释分析缓冲液（溶液A，500ppm）。 上下吸液仔细混合均匀。 • 准备另一注有0.99ml稀释分析缓冲液的试管，从溶液A中取入0.01ml（溶液B，5ppm）。 上下吸液仔细混合均匀。 • 从溶液（B），分别注入10、20、40、80 µl到第1、第2、第3、第4个试管。

28. 步骤2 - 准备细菌：水合和预培养 • 快速添加0.5ml冷水合缓冲液，水合调制干冻细菌。 • 使用vortex混合均匀。 • 在28°C的水箱内培养30分钟。

29. 步骤2（续） - 开始准备：分注 • 使用连续分注器在注射器吸入细菌悬浮液。 • 请确认无气泡产生，不阻塞注射器。 • 向每一试管快速仔细地分注10µl水合细菌。 • 使用vortex混合均匀。

30. 步骤3 - 培养 • 把试管架放置在28°C处（最好是水箱内）。 • 培养60-150分钟（或等到浓度最低的标准溶液发出的光度比负控制的计算平均值还高（>2xSD）时）。

31. 步骤4 - 数据记录 • 光度计靠近水箱。 • 依次从水箱取出每一水管测量发光度然后放回。 • 利用附带的Excel模块计算受测水样的AOC值（使用碳等量单位）。 • 选取标准液灵敏度最高的时间点。 千万不要对不同时间点的读取值计算均值。

32. Excel模块 - 数据分析 绘制标准曲线，得出碳等量浓度和发光度两者之间的线性关系。 水样稀释组中的发光度相对水样浓度绘制，确定线性范围和最低可检测值。

33. 重新装运 在重新装运给终端用户之前，插入到装运箱- - 缓冲液箱 - 细菌箱 - 试管架 - 用户指南和Excel光盘 挑选最快的线路（最好在冰上）到最终用户。 确保最终接收方能正确处理装运物品。

34. 常见问题

35. 问与答 Q：发光细菌有害吗？ 如果要能执行CheckLight分析，我需要是一位接受过培训的微生物学家吗？ A：发光细菌是非致病菌，没有危害。 开展检测时，无需特殊的技能，只需最基本的实验室技巧（吸液、稀释等）和仪器（吸液管、吸液尖嘴、光度计）。 Q：饮用水中出现过高的营养物质会有什么样的危害？ A：饮用水中高含量的营养物质可能会导致下列饮用水问题： • 微生物水平增加，包括大面积水体和管道生物膜和沉淀物中的伺机性病原体。 • 消毒剂和营养物质化学反应，抵消了消毒剂残留。 • 消毒剂和营养物质化学反应，产生有毒和（或）致癌DBP。 • 由于异养细菌的增长，致使总大肠菌群采样不可靠，最终出现错误正或错误负大肠菌群检测。 大肠菌群采样也可能因管道生物膜和沉淀物的受激生长而变得不稳定。 这些增长的数目可能没法用大量饮用水大肠菌群样品表示。 • 出现审美问题

36. 问与答 Q：快速获取AOC水平信息的好处是什么？ A：获取这一重要信息，意味着能帮助供水公司采取及时的预防措施，避免细菌再生长，优化组织消毒程序，减少过量有毒的消毒副产品（DBP）。 Q：氯化水如何影响发光度？ A：在饮用水系统中经常会使用氯进行微生物消毒。 因为分析采用的发光细菌对此类处理也很敏感，所以在添加细菌之前，需要向分析缓冲液加入硫代硫酸钠去除样品中的氯。 Q：为什么每一次分析都需要用到控制溶液？ A：负控制的读取数，用于获取细胞的背景读数，而无需取样。 此外，设置一组正控制可以校准系统，完成发光单位到碳等量单位的正确“翻译”。

37. 问与答 Q：细菌和试剂量及其他分析条件允许存在“差错”吗？ A：不允许。 必须严格遵守检测协议指导，一字都不能偏差，这至关重要。 由于检测非常灵敏，任何细小的变化都会使可靠性大打折扣。 Q：我可以重复使用提供的检测试管吗？ A：由于分析对敏感度要求非常高，所以必须小心保证所有试管、塑料尖嘴和吸液管异常干净。 请不要重复使用检测试管，也不要使用清洁剂、酸性液体或溶剂洗涤吸液管、吸管端或玻璃器皿。 Q：什么是试剂的保鲜期？ A：干冻细菌的保鲜期如果存储在冷冻器内，保鲜期是 1 年 （°C +/- 5°C）。 请不要将试剂存储在自动除霜冷冻器内，因为它会定期通过升温除霜。 分析缓冲液应存放在常规冷藏室（~4°C），绝不允许对其冷冻。

38. 谢谢！CheckLight Ltd.P.O. Box 72 Qiryat-Tiv’on 36000Israel电话： 972 4 9930530传真：972 4 9533176info@checklight.bizhttp://www.checklight.biz