CN103805677B

CN103805677B - 一种应用于给水管网管垢/管道生物膜分区采样方法

Info

Publication number: CN103805677B
Application number: CN201410030625.2A
Authority: CN
Inventors: 楼莉萍; 陈环宇; 魏宗元; 姚玲丹; 胡宝兰; 柳景青; 陈婷婷; 裘尚德; 周晓燕; 何晓芳
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: CN103805677A

Abstract

本发明公开一种应用于给水管网管垢/管道生物膜分区采样方法。在管道转移前，用油漆在管道外壁标记原位空间上下位置，出土后将管外的土壤清除干净，洗净管段外管壁，至外管壁和管口干净无污物；根据管道的管段在服役时的空间上下位置，管径大小，对管段内壁划分为多个等分的区域，采用拉线法分界线；分区域采样。本发明考虑到了水体中不同粒子存在理化性质的差异，长期积累下来，会导致管道内壁空间位置上管垢/管道生物膜性质产生显著差异，提高了采样的可靠性和可重复性。

Description

一种应用于给水管网管垢/管道生物膜分区采样方法

技术领域

本发明设计一种应用于给水管网管垢/管道生物膜分区采样方法，属于研究给水管网中管道管垢/管道生物膜的物理化学性质和微生物特征时样品采集的方案，所述的分区采样为：根据空间位置，将给水管道内壁均分为几个等面积的区域，每个区域的管垢/管道生物膜性质是显著不同的。

背景技术

近年来，对管网生物膜的研究大多集中于人工模拟管网的研究^[1,2],实际管道管垢及生物膜的研究很少。尤其国内对于饮用水安全的研究基本局限于水质，对给水管网管垢/管道生物膜的研究报道十分少见。

饮用水安全是事关人民群众身体健康的重要问题，饮用水安全问题也越来越受到社会各界的广泛关注。为了保障饮用水安全，进行实际给水管网管垢/管道生物膜的采样分析，研究管网中污染物及微生物的分布特征非常重要。因此需要对实际饮用水管网管道中的管垢/管道生物膜进行采集工作，并对管垢/管道生物膜进一步研究。

近年来，由于研究条件的限制，目前对管垢/管网生物膜的研究大多集中于人工模拟管网^[1,2]，实际管道管垢及生物膜的研究很少见报道，即使有也都局限在定性研究，往往只是取一部分管垢/管道生物膜进行定性分析；而忽略了实际管道在服役的时间中，由于水中物质的物理化学性质的不同，水利条件在空间上的细微差异，导致了管垢/管道生物膜空间分布上的差异。

参考文献：

[1] 马颖,龙腾锐,方振东.饮用水生物稳定性的评价体系.中国给排水,2004,20（12）：96-98；

[2] 池年平,董秉直,何夏清.饮用水生物稳定性评价指标研究进展.四川环境,2012,29,1。

发明内容

本发明提供了一种应用于给水管网管垢/管道生物膜分区采样方法。

/管道生物膜分区采样方法，包括如下步骤：

1）在管道转移前，用油漆在管道外壁标记原位空间上下位置，出土后将管外的土壤清除干净，洗净管段外管壁，至外管壁和管口干净无污物；

2）根据管道的管段在服役时的空间上下位置，管径大小，对管段内壁划分为多个等分的区域，采用拉线法分界线；

3）测量管段长度，然后包住外管壁，以防污染，将管段一端置于架上，另一端垫高，使管道倾斜；

4）超纯水/生理盐水置于洗瓶中，均匀冲刷管道内壁，接取冲刷下来的水，置于瓶中并加入抗坏血酸试剂，贴上标签1，用于测定易挥发性消毒副产物类总量，将样品存放于4℃保温冰箱中；如果有厚实的肉眼可见的管瘤，则用药匙刮取，不经冲刷直接置于瓶中贴上标签2，用于扫描电镜观察微观结构；

5）量取超纯水/生理盐水，倒入洗瓶中；另量取超纯水/生理盐水，倒入烧杯中；将长柄毛刷在烧杯中湿润，用力刷管道的管壁，沿同一方向刷洗30次，用洗瓶中的超纯水/生理盐水冲洗管道内表面，将毛刷在烧杯中漂洗；然后再同样刷洗30次，并用洗瓶中的超纯水/生理盐水冲洗管道内表面，再将毛刷在烧杯中漂洗；再同样刷洗30次，用洗瓶中的超纯水/生理盐水冲洗管道内表面，再将毛刷在烧杯中漂洗；洗脱水量与洗刷次数应以保证管壁内衬彻底裸露无管垢残留为基础，将烧杯中和托盘中的溶液通过漏斗转移至瓶中，贴上对应区域标签3，用于测定管垢中消毒副产物、重金属含量和可培养异养菌的菌数目；

6）然后换下一个分区内壁如此操作，一端的一圈全部刷完以后换另一端进行洗刷，洗刷完毕后，将烧杯中和托盘中的溶液通过漏斗转移至瓶中，并贴上对应区域标签3，将样品存放于保温冰箱中；

所述的对管段内壁划分为多个等分的区域分区如下：

2.1) 划分成上下区域的二等分，或上中下区域的三等分，或四等分，五等分或者更多等分；

2.2) 实际管段在区域划分的时候，根据管径大小可采取不同的划分操作方法；当管段管径为DN200以下时，用尺规沿管段截面度量角度，将其划分为目标区域个数，标记分界点；当管段管径为DN300以上时，采用度量周长划分法，用卷尺测量管段的周长，然后根据划分的区域个数，在截面上量出每个划分点的位置，并标记；

2.2) 区域划分完成后，划分几个不同分区的界线，采用拉线法将其划分，其具体的操作：将管段两个截面都进行分区标记后，用灭菌处理过的纱绳连结两个端口相同的点，绕管壁一周后打结固定，然后对每个区域依次采样。

所述的分区划分包括如下步骤：

3.1) 在管道转移前，用油漆在管道外壁标记原位空间上下位置，A和B，出土后将管外的土壤清除干净，洗净管段外管壁，至外管壁和管口干净无污物；

3.2) 用卷尺绕管段一周，确定其周长，根据标注的上位置A，在两端截面沿管壁分别向左右量取周长1/6长度，标记为C和D；根据标注的下位置B，分别向左右量取周长1/6长度，标记为E和F，则上区为弧CAD段、中区为弧CE和弧DF两段、下区为弧EBF段；

3.3) 根据步骤2）确定的分区点，用灭菌过的纱绳穿过管道内部连结管段两个端口相同的点C、D、E和F，绕管壁一圈后打结固定，共四根纱绳，将管道内壁分为四个区域（如图1），分别进行管垢/管道生物膜的采集工作。

所述的管道的开挖点：管道的位置选在给水管网主干道距用户末端1-2km处。

所述的抗坏血酸试剂的量：根据GBT 5750.2-2006 《生活饮用水标准检验方法水样的采集和保存》中，每升水样加入0.01～0.02g抗坏血酸试剂。

所述的标签1和标签3样品中的挥发性消毒副产物的测定方法：顶空法，用带电子捕获检测器（ECD）或质谱检测器（MSD）的气相色谱检测。

所述的标签3中的重金属的测定：根据EPA3052 美国环保署微波消解/AAS法测定土壤中的环境重金属元素方法。

所述的标签3中的可培养异养菌的菌数目的培养方法：采用R2A培养基，培养的步骤为：1）按照R2A培养基的制备方法配置R2A培养基，灭菌，倒平板；2)将预处理好的样品分别稀释到10^-2、10^-3、10^-4或10^-3、10^-4、10^-5三个梯度，取50μL样品进行R2A平板涂布；3) 涂布好的平板用封口膜封口，倒置于25℃恒温培养箱中培养7d后进行计数。

本发明的有益效果：本发明考虑到了实际管道在服役的时间中，由于水中物质的物理化学性质的不同，水利条件在空间上的细微差异，导致了管垢/管道生物膜空间分布上的差异，优化了采样方法，提高了采样的可靠性和可重复性。

附图说明

图1为“三等分”的管道截面图；

图2为实际管道采用拉线法“三等分”分区后的照片：2组DN600灰口铸铁管；

图3为实际管道实施例1重金属分布特征图；

图4为实际管道实施例2重金属分布特征图；

图5为实际管道实施例1消毒副产物三卤甲烷分布特征图；

图6为实际管道实施例2消毒副产物三卤甲烷分布特征图；

图7为实际管道实施例1大肠杆菌群数分布特征图；

图8为实际管道实施例2大肠杆菌群数分布特征图；

图9为实际管道实施例1沙门氏菌数和志贺氏菌数分布特征图；

图10为实际管道实施例2沙门氏菌数和志贺氏菌数分布特征图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

本发明所述的管道管段内壁分区的主要内容如下：

1. 根据管段在服役时的空间上下位置，可以对其内壁划分为不同的区域，如上下区域的“二等分”，上中下区域的“三等分”（如图1）和“四等分”， “五等分”及以上等。

2. 实际管段在区域划分的时候，根据管径大小可采取不同的划分操作方法。当管段管径较小时（如常见的DN150），可以用尺规沿管段截面度量角度，将其划分为目标区域个数，标记分界点；当管段管径较大时（如供水主干道DN600），一方面截面面积较大，一般工具难以准确地度量角度，另一方面实际中大管径管段质量较大，难以轻易翻转移动，可采用度量周长划分法，用卷尺测量管段的周长，然后根据划分的区域个数，在截面上量出每个划分点的位置，并标记。

3. 区域划分完成后，划分几个分区的界线也是实际操作中的难题之一，可采用拉线法或者切割法。切割法，经实际应用发现存在：操作时间长，切割碎屑干扰，内衬脱落，以及生物膜遭高温破坏等弊端；拉线法，则完全克服了切割法的弊端，简单迅速无干扰，其具体的操作：将管段两个截面都进行分区标记后，用灭菌处理过的纱绳连结两个端口相同的点，绕管壁一周后打结固定，然后对每个区域依次采样，图2为实际管段“三等分”后用拉线法划分界线的照片。

本发明所述的管道管垢/管道生物膜的分区采样步骤如下：

1. 在管道转移前，用油漆在管道外壁标记原位空间上下位置，出土后将管外的土壤清除干净，洗净管段外管壁，至外管壁和管口干净无污物；

2. 根据管道的管段在服役时的空间上下位置，管径大小，可以对管段内壁划分为多个等分的区域，采用拉线法分界线；

3. 测量管段长度，然后包住外管壁，以防污染，将管段一端置于架上，另一端垫高，使管道倾斜；

4. 超纯水/生理盐水置于洗瓶中，均匀冲刷管道内壁，接取冲刷下来的水，置于瓶中并加入抗坏血酸试剂，贴上标签1，用于测定易挥发性消毒副产物类总量，将样品存放于4℃保温冰箱中；如果有厚实的肉眼可见的管瘤，则用药匙刮取，不经冲刷直接置于瓶中贴上标签2，用于扫描电镜观察微观结构；

5. 量取定量的超纯水/生理盐水，倒入洗瓶中；另量取一定量的超纯水/生理盐水，倒入烧杯中；将长柄毛刷在烧杯中湿润，用力刷管壁，沿同一方向刷洗30次，用洗瓶中的超纯水/生理盐水冲洗管道内表面，将毛刷在烧杯中漂洗；然后再同样刷洗30次，并用洗瓶中的超纯水/生理盐水冲洗管道内表面，再将毛刷在烧杯中漂洗；再同样刷洗30次，用洗瓶中的超纯水/生理盐水冲洗管道内表面，再将毛刷在烧杯中漂洗。洗脱水量与洗刷次数应以保证管壁内衬彻底裸露无管垢残留为基础，将烧杯中和托盘中的溶液通过漏斗转移至瓶中，贴上对应区域标签3，用于测定管垢中消毒副产物、重金属含量和可培养异养菌的菌数目；

6. 然后换下一个分区内壁如此操作，一端的一圈全部刷完以后换另一端进行洗刷，洗刷完毕后，将烧杯中和托盘中的溶液通过漏斗转移至瓶中，并贴上对应区域标签3，将样品存放于保温冰箱中；

7. 所有采集的管垢/管道生物膜悬浊液体积都要定容操作。

本发明所述的管道开挖采样点：管道的位置选在距用户末端1-2km处给水管网主干道的管道。

本发明所述的抗坏血酸试剂的量：根据GBT 5750.2-2006 《生活饮用水标准检验方法水样的采集和保存》中，每升水样加入0.01～0.02g抗坏血酸试剂。

本发明所述的标签1和标签3样品中的挥发性消毒副产物的测定方法：顶空法，用带电子捕获检测器（ECD）或质谱检测器（MSD）的气相色谱检测。

本发明所述的标签3中的重金属的测定：根据EPA3052 美国环保署微波消解/AAS法测定土壤中的环境重金属元素方法。

本发明所述的标签3中的可培养异养菌的菌数目的培养方法：采用R2A培养基，培养的步骤为：1）按照R2A培养基的制备方法配置R2A培养基，灭菌，倒平板；2)将预处理好的样品分别稀释到10-2、10-3、10-4或10-3、10-4、10-5三个梯度，取50μL样品进行R2A平板涂布；3) 涂布好的平板用封口膜封口，倒置于25℃恒温培养箱中培养7d后进行计数。

本发明所述的管道内壁分区采用拉线法“三等分”，其具体操作步骤是：在管道转移前，用油漆在管道外壁标注原位空间上下位置(A和B)，出土后根据标注的上位置，在两端截面管壁分别向左右量取周长1/6长度，标记为C和D，根据标注的下位置，分别向左右量取周长1/6长度，标记为E和F，则上区（弧CAD）、中区（弧CE和弧DF）、下区（弧EBF），如图1所示。确定分区点后，用纱绳穿过管道内部连结两个端口的相同的点（CDEF），绕管壁一圈后固定，共四根绳子，将管道内壁分为四个区域，实际效果图如图2所示。

实施例1

浙江省某市区，管龄19年、管径DN600、管材灰口铸铁管，管垢/管道生物膜采用拉线法“三等分”分区采样，测定管垢/管道生物膜中重金属（Fe、Zn、Mn、Pb、Cu、Cr和Cd）的含量、三卤甲烷类消毒副产物（标签3样品所测）；将管垢/管道生物膜采用R2A培养基培养，测定饮用水常见细菌（大肠菌群数、沙门氏菌数和志贺氏菌数）培养菌群数。

试验得出，

1. 三个等分区域比较，单位面积管道内管壁中重金属的含量，7种金属的排序均为上区<中区<下区（图3）；单位面积管道内管壁中7种重金属的总量，三个区域的比值为上区：中区：下区=1：1.34：2.12；

2. 三个等分区域比较，单位面积三卤甲烷类消毒副产物的含量排序为上区>中区>下区(图5)；单位面积三卤甲烷类消毒副产物的含量，三个区域的比值为上区：中区：下区=1：0.90：0.73 ；

3. 饮用水中常见细菌培养菌群数分析，其中沙门氏菌数为上区>中区>下区（图9），志贺氏菌数为上区>中区>下区（图9），而大肠菌群数则为上区<中区<下区（图7）。

表1 实施例1三个区域饮用水生物膜样品常见病原菌培养计数

注“＜1×10”：数量极少或没有。

实施例2

浙江省某市区，管龄11年、管径DN300、管材球墨铸铁管，管垢/管道生物膜采用拉线法“三等分”分区采样，测定管垢/管道生物膜中重金属（Fe、Zn、Mn、Pb、Cu、Cr和Cd）的含量、三卤甲烷类消毒副产物（标签3样品所测）；将管垢/管道生物膜采用R2A培养基培养，测定饮用水常见细菌（大肠菌群数、沙门氏菌数和志贺氏菌数）培养菌群数。

试验得出：

1、三个等分区域比较，单位面积管道内管壁中重金属的含量，7种金属的排序均为上区<中区<下区（图4）；单位面积管道内管壁中7种重金属的总量，三个区域的比值为上区：中区：下区=1：1.66：2.77；

2、三个等分区域比较，单位面积三卤甲烷类消毒副产物的含量排序为上区>中区>下区(图6) ；

3、三个等分区域，饮用水中常见细菌培养菌群数分析，其中沙门氏菌数为上区>中区>下区（图10），志贺氏菌数为上区>中区>下区（图10），而大肠菌群数则为上区<中区<下区（图8）。

表2 实施例2三个区域饮用水生物膜样品常见病原菌培养计数

Claims

1.一种应用于给水管网管垢/管道生物膜分区采样方法，其特征在于，包括如下步骤：

4）超纯水/生理盐水置于洗瓶中，均匀冲刷管道内壁，接取冲刷下来的水，置于瓶中并加入抗坏血酸，贴上标签1，用于测定易挥发性消毒副产物类总量，将样品存放于4℃保温冰箱中；如果有厚实的肉眼可见的管瘤，则用药匙刮取，不经冲刷直接置于瓶中贴上标签2，用于扫描电镜观察微观结构；

6）然后换下一个分区内壁如此操作，一端的一圈全部刷完以后换另一端进行洗刷，洗刷完毕后，将烧杯中和托盘中的溶液通过漏斗转移至瓶中，并贴上对应区域标签3，将样品存放于保温冰箱中。

2.根据权利要求1所述的分区采样方法，其特征在于，所述的对管段内壁划分为多个等分的区域分区如下：

2.1)划分成上下区域的二等分，或上中下区域的三等分，或四等分，五等分或者更多等分；

2.2)实际管段在区域划分的时候，根据管径大小可采取不同的划分操作方法；当管段管径为DN200以下时，用尺规沿管段截面度量角度，将其划分为目标区域个数，标记分界点；当管段管径为DN300以上时，采用度量周长划分法，用卷尺测量管段的周长，然后根据划分的区域个数，在截面上量出每个划分点的位置，并标记；

2.3)区域划分完成后，划分几个不同分区的界线，采用拉线法将其划分，其具体的操作：将管段两个截面都进行分区标记后，用灭菌处理过的纱绳连结两个端口相同的点，绕管壁一周后打结固定，然后对每个区域依次采样。

3.根据权利要求2所述的分区采样方法，其特征在于，所述的分区划分包括如下步骤：

3.2)用卷尺绕管段一周，确定其周长，根据标注的上位置A，在两端截面沿管壁分别向左右量取周长1/6长度，标记为C和D；根据标注的下位置B，分别向左右量取周长1/6长度，标记为E和F，则上区为弧CAD段、中区为弧CE和弧DF两段、下区为弧EBF段；

3.3)根据步骤2）确定的分区点，用灭菌过的纱绳穿过管道内部连结管段两个端口相同的点C、D、E和F，绕管壁一圈后打结固定，共四根纱绳，将管道内壁分为四个区域，分别进行管垢/管道生物膜的采集工作。

4.根据权利要求1所述的分区采样方法，其特征在于，所述的管道的开挖点：管道的位置选在给水管网主干道距用户末端1-2km处。

5.根据权利要求1所述的分区采样方法，其特征在于，所述的抗坏血酸的量：根据GBT 5750.2-2006 《生活饮用水标准检验方法水样的采集和保存》中，每升水样加入0.01～0.02g抗坏血酸以淬灭余氯。

6.根据权利要求1所述的分区采样方法，其特征在于，所述的标签1和标签3样品中的挥发性消毒副产物的测定方法：顶空法，用带电子捕获检测器或质谱检测器的气相色谱检测。

7.根据权利要求1所述的分区采样方法，其特征在于，所述的标签3中的可培养异养菌的菌数目的培养方法：采用R2A培养基，培养的步骤为：1）按照R2A培养基的制备方法配置R2A培养基，灭菌，倒平板；2)将预处理好的样品分别稀释到10^-2、10^-3、10^-4或10^-3、10^-4、10^-5三个梯度，取50μL样品进行R2A平板涂布；3) 涂布好的平板用封口膜封口，倒置于25℃恒温培养箱中培养7d后进行计数。