桶装水污染藻类特性的研究

随着生活水平的日益提高, 人们对高品质饮用水的需求日益增加。桶装水是目前产量较大的纯净水, 已经进入寻常百姓家庭。同时, 桶装纯净水也是应对突发性水源污染优选的应急供水方式。然而随着桶装水行业的发展, 其水质问题日益引起人们的关注。国家质检总局2005年对桶装饮用水产品质量进行了国家监督抽查, 共抽查了285家企业的290 种产品, 合格189 种, 产品抽样合格率为65.2% 。

从抽查结果来看, 小型企业抽样合格率只有50.7% , 其微生物污染很标是十分突出的问题。藻类污染在桶装水生产中也是普遍存在的问题, 近年来淡水藻类导致天然矿泉水污染的报告明显增加, 污染情况较为严重。2002年6月~ 2003年3月, 对某省内23家桶装矿泉水生产厂家进行调查, 结果发现, 有10 家企业产品受到藻污染(占46% )。因此, 桶装水藻类染的控制是广大生产企业亟待解决的问题, 但目前对于桶装水藻类污染的机理了解甚少。为了解桶装水在生产过程中藻类污染状况, 提高饮用水质量, 于2005年11月到2006年10月对江苏省各地区典型的生产厂家进行了采样调查, 并通过实验室研究分析, 对藻类污染发生的机理和污染藻类的特性进行了研究。

1 材料与方法

1.1 样品采集

对南京、苏州、无锡、常州、徐州、盐城等地10家典型的桶装水生产厂家开展了藻类污染状况的调查, 分别对原水、石英砂-活性炭过滤、精滤(很滤)、灌装等几个主要生产环节进行采样分析, 水样采集采用无菌操作。

1.2 污染检测

500mL水样用0..45..m滤膜过滤, 过滤后的滤膜245食品安全放入10mL培养基中, 28.. 光照培养箱中培养, 每日检查观测滤膜上有无绿色藻类生长。分别用水生104号培养基、铜绿微囊藻-鱼腥藻培养基、基础培养基+ 葡萄糖、水生104号+ 葡萄糖培养基、BG- 11 培养基五种培养基培养[4, 5], 比较不同培养基的培养结果。

1.3 污染藻类的鉴定和分离培养

将滤膜上培养出的藻类在显微镜下进行形态学观察, 进行属种鉴定[6] 。并将其稀释涂布于BG- 11 培养基琼脂平板上培养, 用接种针挑取长出的单藻落, 分别转接入试管中进行液体培养, 以供进一步研究。

1.4污染藻类的生理特性研究

从分离出的藻中选择一株生长迅速的小球藻LH (Ch lorella sp.. strain LH )为材料, 研究桶装水污染藻类的生理特性。对比藻种为本实验室从其他天然水体中分离培养的一株小球藻Chlorella sp。1.4.1 小球藻LH 硝酸还原酶活性( NR )的测定.. 将小球藻LH 及对照藻株接入无氮环境下培养5~ 7d。然后分别接入两种不同氮含量的BG- 11培养基中: 高氮(正常BG- 11培养基, 氮含量0..25g .. L- 1 ), 低氮( 1 /10NaNO3 的BG- 11培养基, 氮含量0..025g.. L- 1 ), 光照培养, 测定藻细胞浓度、叶绿素含量及NR 变化。硝酸还原酶活性的测定采用活体法提取 。

1.4.2小球藻LH 碱性磷酸酶活性( APA )的测定

将小球藻LH 及对照藻株接入无磷环境下培养5~ 7d。然后分别接入两种不同磷含量的BG- 11培养基中: 高磷(正常BG- 11 培养基, 磷含量5.4mg L- 1 ), 低磷( 1/10K2HPO4的BG- 11培养基, 磷含量0..54mg.. L- 1 ), 光照培养, 测定藻细胞浓度、叶绿素含量及APA 变化。碱性磷酸酶活度的测定参考H ong Shen 等的方法。

2.结果与分析

2.1 各生产环节中藻类污染测定结果

现行各厂家桶装水生产的主要工艺流程为: 原水 石英砂过滤.. 活性炭过滤.. 精滤.. 臭氧消毒取样检测针对以上生产各环节进行。分别采用五种不同的培养基进行培养比较, 结果表明, 添加葡萄糖的水生104号培养基是适合藻类快速生长的培养基, 因此将其作为检测用培养基。经过3~ 10d培养后, 检验出污染藻类。但藻类在该培养基中迅速生长后又会迅速死亡, 而BG- 11培养基适合藻类的稳定培养, 所以将其作为后期研究的藻类培养基。江苏省十家典型生产厂家的桶装水检测结果。

由以上检测结果可见, 在生产的各个环节中均有藻类污染情况的发生。从原水来看, 大多数生产厂家的原水纯净水桶中都存在藻类污染。尽管从理论上说, 深层的地下水, 或经过地表土壤沙石过滤的山泉水, 不应该有藻类污染, 但由于取水井口封闭不够严密, 管理不严格, 同时多数厂家采用贮于水槽储存原水, 这都是造成原水藻类污染的途径。从前端过滤环节来看, 由原水带入的少量藻类细胞和孢子, 在过滤过程中被吸附在各过滤介质上, 过滤介质为藻类繁殖提供了较好的生长场所, 因此, 尽管在有些厂家(如A 和J)的原水中检测不到藻类污染, 但在之后的砂滤出水中却检出了藻类污染。

尽管从水源开始, 各生产环境中均有污染藻出现, 但经过较终的精细过滤(很滤或反渗透)后, 由于过滤膜的孔径都远小于藻细胞的直径, 污染的藻类可被过滤清除, 生产线前段污染的藻类并不会直接进入产品水中, 因此对产品水的藻污染没有直接的影响。

对灌装桶的调查发现, 清洗过的桶中藻类污染是普遍存在的。在调查厂家中, 即使是清洗消毒较严格规范的生产线, 清洗后的桶藻类污染检出率仍然高达20% 以上, 这显然是消费者用肉眼直接观察到出现藻类污染的主要来源。

2.2污染藻种类分析

关于这些藻类的毒性, 在过去的研究和报道中, 未见有毒有害的描述, 其中的小球藻还是被作为营养保健品培养利用的种类。因此, 目前尚无证据可以证明这些种类对饮用者的健康有直接的危害。对于这些污染种类对人类健康的影响, 将在进一步的研究中进行评估。

2.3. 典型污染藻类的生理特性

相对于一般的地表水而言, 桶装水中含有的氮、磷等营养元素的含量较低。为弄清污染藻类在桶装水这一相对贫营养环境中的生长机理, 特对一株典型的、生长较迅速的污染小球藻的生长和生理特性进行了研究分析。

2.3.1 不同氮浓度对小球藻LH 生长及NR 活性的影响

对小球藻LH 的NR 活性及生长曲线进行了测定, 以观察桶装水污染藻类对硝酸盐的利用能力, 结果见图1、图2。图1是小球藻LH 和对照藻种在不同氮含量条件下的生长曲线。从图中可以看出, 在高低两种硝酸盐浓度下, 小球藻LH 的生长速度都显著比对照藻快; 从图2也可以看出, 小球藻LH 的硝酸还原酶活性也明显高于对照。培养到第2d时, 在正常氮含量的培养基中LH 的NR 活性就比对照组的高一半; 而从第4d以后, NR 活性趋于稳定, 并且LH 的NR 活性比对照组高接近一倍。由此可见, 桶装水污染小球藻LH 对硝酸盐的利用, 不论在高氮还是低氮的环境下, 都明显优于对照藻种, 这就使藻类在桶装水低氮的环境下生长成为可能。

2.3.2不同磷浓度对小球藻LH 生长及APA 活性的影响

对小球藻LH 的APA活性及生长曲线进行测定, 以观察桶装水污染藻类对磷的利用能力, 结果见图3、图4。图3为两种小球藻培养的生长曲线, 从图中可以看出, 两株藻在高磷条件下的生长均好于低磷条件下的生长; 但在相同条件下, 小球藻LH 均比对照组生长得好。对比两株藻的APA 活性(图4) , 培养8d后, 在高磷的情况下, 对照和LH 的APA活性相差不大; 而在低磷的情况下, LH 的APA 活性比对照高四倍。在低磷的情况下, 藻类为获得更多的磷元素, 其APA 活性会相应地增大。小球藻LH 的APA 活性远大于对照, 说明其在低磷的环境中更容易生长。

3. 讨论

通过本研究的结果可以看出, 回收桶清洗不彻底是引起藻类污染的重要原因。清洗后桶的污染率至少在20%, 严重的企业很过70%, 而实际的用户投诉远远低于这一比率。可能的原因有: 一是桶装水在灌装后, 大多还要注入臭氧, 从而进一步杀灭残留的藻细胞; 二是由于一般用户使用桶装水的期限较短, 藻类并未繁殖到肉眼可观察的浓度。从污染的藻的种类上看, 虽然大多数是没有危害的绿球藻科的藻类, 但是还是有少量出现蓝藻的污染, 而某些蓝藻对人们的身体健康是有危害的, 例如微囊藻可以产生能诱发肝癌的微囊藻毒素[ 12]。WHO 的卫生标准和我国..生活饮用水水质卫生规范..[ 13, 14] 中, 对饮用水中微囊藻毒素的含量都已有了严格的规范。而且因污染的藻类在饮用水中大量繁殖, 引起水体变绿或产生绿色沉淀, 直接影响饮用水的感官指标。同时, 由于藻类代谢产生的小分子有机物质也会产生多种不愉快的味道, 从而影响口感。对污染的藻的NR、APA 活性的研究表明, 相对于对照藻种来说, 污染的藻对氮、磷的利用率更高, 这可能是污染的藻能在桶装水这种营养元素相对缺乏的环境中滋生的原因之一。

4.结论

灌装桶清洗不彻底是桶装水藻类污染的重要途径; 桶装水中污染的藻类繁多, 以绿藻中绿球藻科种类为多; 典型污染种小球藻的生理特点有: 对低氮和低磷均有较高的利用率, 适宜在营养贫瘠的桶装水中生长。