国际研究表明，使用新技术可以更快、更可靠地确定被粪便污染的淡水。来源：来自 Jiao 等人，doi:10.1126/sciadv.abc7318。本作品已获得 CC BY-NC 许可。
国际研究表明，使用新技术可以更快、更可靠地测定受粪便污染的淡水。
当农村和城市的废水流入河流和湖泊时，大量的脂肪、蛋白质、糖类和其他含碳有机物质会与粪便一起进入自然界。这些有机物质被消耗氧气的细菌分解。废水量越大，细菌生长得越好。然而，这意味着水中的氧气含量会持续下降，直到鱼、贻贝或蠕虫最终耗尽空气。这在全球许多河流和湖泊中形成了低氧死亡区。
直到现在还没有测量的黄金标准
为了测量水体被粪便中的有机物污染的严重程度，政府机构和环境研究人员定期采集水样。一种广泛使用的测量方法使用化学反应来确定有机物质的含量。正如一个国际科学家团队现在表明的那样，这种既定方法提供的值很难从中得出水污染的实际程度。 Hereon 碳循环研究所所长 Helmuth Thomas 教授也是该研究的贡献者，该研究现已发表在科学杂志Science Advances上 . “因此，在论文中，我们还引入了一种新方法，使未来的测量更加可靠，”他说。
使用传统的测量方法，将水样与化学物质高锰酸盐或重铬酸盐混合。它们特别活泼，可在短时间内分解所有有机物质。然后可以使用消耗的高锰酸盐或重铬酸盐的数量来确定水样中含有多少有机物质。
专家将此测量称为“化学需氧量”，即 COD。 COD 测量的问题在于，它们无法区分随污水进入水中的有机物质，以及木材腐烂时释放的自然产生的有机物质，例如木质素和腐植酸。这意味着水污染很难与有机物的天然含量区分开来。
“以韩国的汉江为例，我们已经证明过去 25 年废水中的有机物污染有所减少。然而，COD 测量值仍然显示出与以前一样高的值，”Helmuth Thomas 说，“因为这里的天然物质构成了水中有机物的很大一部分。”
复杂的生物学分析
但是如何才能更可靠地测量实际污染呢？这里已经建立了几十年的生物测量方法，但它比 COD 方法复杂得多，因此很少被政府机构和研究机构使用。在这种情况下，从河流或湖泊中采集水样，并测量水中的氧含量作为初始值。另一个“平行样品”立即密封密封。然后这个水样静置五天。在此期间，细菌会分解有机物质，从而逐渐消耗水中的氧气。五天后，打开容器并测量氧气。如果水中含有大量有机物，那么细菌就特别活跃。然后氧气消耗相应地高。专家在此测量中参考了“生物需氧量”（BOD）。
“BOD 测量比 COD 精确得多，因为细菌优先分解废水中的有机小分子，但不触及天然分子，例如木质素，”Thomas 说。然而，BOD 测量也有其缺点。一方面，BOD 测量需要五天时间，而 COD 值在几分钟后即可获得。另一方面，在填充、储存和测量水样时，必须小心谨慎，以确保环境空气中的氧气不会卷入样品中并篡改测量值。 “只有少数具有丰富实验室经验的人掌握了如何完全处理 BOD 测量，”Thomas 说。 “因此，即使在今天，政府机构和研究人员仍然更喜欢 COD，尽管它具有更大的不确定性。”
更快更可靠的方法
因此，Helmuth Thomas 和他的团队正在引入一种改进传统 BOD 测量的替代方法。该方法的优点是只需要一个水样，立即密封，在不干扰样品的情况下测量耗氧量。因此无需在五天后再次打开样品来测量氧含量。这样可以防止样品再次与大气中的氧气接触。
使用新方法，一旦水样被填充，光纤就被插入到样品容器中。通过这种光纤，可以利用光学效应直接连续测量样品中的氧含量。 Thomas 说：“我们可以不间断地测量氧气含量，并获得更精确的细菌耗氧量图像。”
初步测试表明，在大约四十八小时后就可以得到有意义的结果，这大大加快了 BOD 的测量速度。总而言之，光学方法使 BOD 测量不仅更可靠，而且速度更快。 Helmuth Thomas 假设未来几年的新方法将被确立为新标准，它将取代 COD 以及经典的 BOD 测量。例如，将来可以比以前更可靠地确定水污染控制措施是否真的成功。
参考文献：焦念志、刘继华、Bethanie Edwards、吕宗庆、蔡阮红、刘永琴、肖希林、王建宁、焦芳略、王瑞、黄星宇的“纠正评估天然水域有机碳污染的重大错误”，郭碧玺、孙佳、张睿、张耀、唐凯、郑强、法鲁克·阿扎姆、约翰·巴特、蔡伟军、陈赫、格哈德·J·赫恩德尔、保罗·希尔、大卫·哈钦斯、朱莉·拉罗什、马龙·刘易斯、休MacIntyre、Luca Polimene、Carol Robinson、Quan Shi、Curtis A. Suttle、Helmuth Thomas、Douglas Wallace 和 Louis Legendre，2021 年 4 月 14 日，科学进展 .
DOI：10.1126/sciadv.abc7318
