一種保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法，監(jiān)測(cè)目標(biāo)水源地藍(lán)藻密度及其代謝產(chǎn)物，區(qū)分水源地藍(lán)藻水華發(fā)生前、發(fā)生時(shí)以及發(fā)生后三個(gè)階段，對(duì)三個(gè)階段中藍(lán)藻密度與代謝產(chǎn)物分別進(jìn)行相關(guān)性分析，選擇具有顯著相關(guān)性的代謝產(chǎn)物種類，建立三個(gè)階段藍(lán)藻密度與所述代謝產(chǎn)物的線性回歸方程；根據(jù)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特定代謝產(chǎn)物的限值，結(jié)合線性回歸方程推算獲得不同代謝產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的藍(lán)藻密度限值，依據(jù)最小容忍原則，取其中藍(lán)藻密度限值的最小值確立為水源地的藍(lán)藻密度閾值。本方法綜合考慮了環(huán)境因子對(duì)單位細(xì)胞藍(lán)藻代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的影響，真實(shí)反映水源地藍(lán)藻生長(zhǎng)對(duì)飲用水安全的影響，所得到的藍(lán)藻密度閾值具有地域性和獨(dú)特性。
【專利說(shuō)明】一種保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及一種水源地安全評(píng)價(jià)方法，具體地涉及一種保障飲用水安全的水源地 藍(lán)藻密度閾值的確定方法，包括水源地藍(lán)藻密度安全限值和最大容許值的建立方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)地表水污染嚴(yán)重，湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題突出，在26個(gè)國(guó)控重點(diǎn)湖泊(水庫(kù)） 中，劣于地表III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的湖泊占76. 9%，藍(lán)藻水華(或其它藻類形成的水華)成了困擾 許多城市供水的重大生態(tài)災(zāi)害。而目前我國(guó)98%自來(lái)水生產(chǎn)仍采用絮凝-沉淀-過(guò)濾-消 毒的傳統(tǒng)工藝，無(wú)法應(yīng)對(duì)水源地藍(lán)藻水華所造成的供水安全問(wèn)題。因此改善水源地水質(zhì)，控 制藍(lán)藻水華發(fā)生成為熱點(diǎn)研究方向，應(yīng)用較為廣泛的藍(lán)藻控制技術(shù)有生物降解、化學(xué)吸附、 機(jī)械打撈等。但是目前尚缺乏保障飲用水安全生產(chǎn)的藍(lán)藻生物量閾值指標(biāo)體系及其科學(xué)的 建立方法，從而使水源地藍(lán)藻控制、自來(lái)水廠安全生產(chǎn)無(wú)據(jù)可依。
[0003] 藍(lán)藻水華對(duì)飲用水安全的影響主要體現(xiàn)為：首先是大量繁殖的藍(lán)藻對(duì)水質(zhì)的影 響。富營(yíng)養(yǎng)化水體富含的藻類及其死亡殘?bào)w在水處理過(guò)程中，會(huì)干擾混凝過(guò)程，影響水廠工 藝的正常運(yùn)行，降低供水水質(zhì)。其次是藍(lán)藻代謝產(chǎn)物(藻毒素、臭味物質(zhì)等)對(duì)水源地水質(zhì)的 污染，胞外藍(lán)藻代謝產(chǎn)物直接降低水源地水質(zhì)，胞內(nèi)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物在飲用水生產(chǎn)過(guò)程由于 細(xì)胞破碎進(jìn)入水體而降低供水水質(zhì)。再次藍(lán)藻代謝產(chǎn)物是消毒副產(chǎn)物(三鹵甲烷THM、鹵乙 酸HAA、N-亞硝基二甲胺NDMA等）的前驅(qū)物，對(duì)人體健康產(chǎn)生直接影響。以往研究通過(guò)飲 用水藻毒素指導(dǎo)限值反推水體藍(lán)藻生物量警報(bào)限值，尚未考慮環(huán)境因子綜合作用下不同密 度藍(lán)藻生長(zhǎng)過(guò)程代謝產(chǎn)物形成的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，也未考慮自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程藍(lán)藻及其代謝產(chǎn) 物對(duì)出水水質(zhì)的影響，因此提出的藍(lán)藻生物量警報(bào)限值缺乏指導(dǎo)性和實(shí)用性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種保障飲用水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法。針對(duì) 現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明通過(guò)監(jiān)測(cè)藍(lán)藻水華發(fā)生不同階段水源地和自來(lái)水廠出水 藍(lán)藻密度和藍(lán)藻代謝產(chǎn)物(藻毒素、臭味物質(zhì)和消毒副產(chǎn)物等)，建立不同階段藍(lán)藻密度與 代謝產(chǎn)物的線性關(guān)系式；依據(jù)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值，獲得藍(lán)藻密度的 安全限值；依據(jù)最小容忍原則，取其中藍(lán)藻密度限值的最小值確立為水源地的藍(lán)藻密度閾 值。結(jié)合自來(lái)水廠對(duì)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的去除率，獲得藍(lán)藻密度的最大容許值。
[0005] 本發(fā)明提出的原則：藍(lán)藻代謝產(chǎn)物受藍(lán)藻生長(zhǎng)階段和環(huán)境因子的影響，因此本發(fā) 明方法對(duì)藍(lán)藻不同生長(zhǎng)階段的藍(lán)藻密度閾值進(jìn)行區(qū)分。針對(duì)藍(lán)藻水華發(fā)生前、發(fā)生時(shí)和發(fā) 生后三個(gè)階段，分別建立藍(lán)藻密度與代謝產(chǎn)物的線性關(guān)系式，依據(jù)代謝產(chǎn)物的生活飲用水 衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值，推算得到水源地藍(lán)藻密度的安全閾值。本方法綜合考慮了環(huán)境因子對(duì)單位 細(xì)胞藍(lán)藻代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的影響，真實(shí)反映水源地藍(lán)藻生長(zhǎng)對(duì)飲用水安全的影響，所得到的 藍(lán)藻密度閾值具有地域性和獨(dú)特性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾 值的建立方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)目標(biāo)水源地藍(lán)藻密度及其代謝產(chǎn)物，區(qū)分水源地藍(lán)藻水華 發(fā)生前、水華發(fā)生時(shí)、以及水華發(fā)生后三個(gè)階段，對(duì)三個(gè)階段中藍(lán)藻密度與代謝產(chǎn)物分別進(jìn) 行相關(guān)性分析，選擇具有顯著相關(guān)性的代謝產(chǎn)物種類，建立三個(gè)階段藍(lán)藻密度與所述代謝 產(chǎn)物的線性回歸方程；根據(jù)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特定代謝產(chǎn)物的限值，結(jié)合藍(lán)藻密 度與代謝產(chǎn)物的線性回歸方程，獲得不同代謝產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的藍(lán)藻密度限值，依據(jù)最小容忍原 貝 1J，取其中藍(lán)藻密度限值的最小值確立為水源地的藍(lán)藻密度閾值。
[0007] 上述方法中，所述的藍(lán)藻密度可采用藍(lán)藻細(xì)胞鑒定和計(jì)數(shù)獲得，或者通過(guò)建立藍(lán) 藻細(xì)胞數(shù)與色素含量之間的預(yù)測(cè)關(guān)系式，采用色素含量分析代替藍(lán)藻細(xì)胞數(shù)。
[0008] 上述方法中，所述的藍(lán)藻的代謝產(chǎn)物至少包括藻毒素、臭味物質(zhì)和消毒副產(chǎn)物生 成勢(shì)。
[0009] 上述方法中，所述的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)具體可采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5749-2006《生 活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。
[0010] 優(yōu)選地，在所述的方法中，與原水監(jiān)測(cè)同步采集自來(lái)水廠出水，監(jiān)測(cè)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物 和消毒副產(chǎn)物濃度，與原水進(jìn)行比較，獲得其去除率；將藍(lán)藻密度閾值與藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的殘 余率（1 -去除率）相除，即為不同階段水源地藍(lán)藻密度的最大容許值。
[0011] 具體地，所述的方法包括如下步驟： (1)目標(biāo)水源地藍(lán)藻密度及其代謝產(chǎn)物周年監(jiān)測(cè)。選擇微風(fēng)或無(wú)風(fēng)、晴天天氣，目標(biāo) 水域選擇3個(gè)以上樣點(diǎn)，采集水柱混合樣，周年連續(xù)監(jiān)測(cè)藍(lán)藻密度及其代謝產(chǎn)物，如藻毒素 (如微囊藻毒素、柱孢藻毒素、魚腥藻毒素等)、臭味物質(zhì)(如土臭素、二甲基異莰醇（2-MIB)、 β -環(huán)檸檬醛、β -紫羅蘭酮、硫醚類等)、消毒副產(chǎn)物（如三鹵甲烷、鹵乙酸、N-亞硝基二甲 胺、鹵乙腈、鹵乙醛、鹵代酮等）的生成勢(shì)。固定位點(diǎn)相同季節(jié)取多年觀測(cè)平均值。藍(lán)藻密 度可采用藍(lán)藻細(xì)胞鑒定和計(jì)數(shù)獲得，或者通過(guò)建立藍(lán)藻細(xì)胞數(shù)與色素（葉綠素a、藻藍(lán)素等） 含量之間的預(yù)測(cè)關(guān)系式，采用色素含量分析代替藍(lán)藻細(xì)胞數(shù)。有關(guān)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的具體種 類及監(jiān)測(cè)，可參見(jiàn)文獻(xiàn) Agrawal A, K Gopal. Toxic Cyanobacteria in Water and Their Public Health Consequences [M]. Springer, 2013, Watson SB. Cyanobacterial and Eukaryotic Algal Odour Compounds: Signals or by-Products? A Review of Their Biological Activity [J]· Phycologia, 2003, 42(4): 332-350,方晶云·藍(lán)藻細(xì)胞 及藻類有機(jī)物在氯化消毒中副產(chǎn)物的形成機(jī)理與控制[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文， 2009。
[0012] (2)目標(biāo)自來(lái)水廠出水藍(lán)藻代謝產(chǎn)物周年監(jiān)測(cè)。與原水監(jiān)測(cè)同步，采集自來(lái)水廠出 水，監(jiān)測(cè)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物(如藻毒素、臭味物質(zhì)）和消毒副產(chǎn)物濃度，與原水進(jìn)行比較，獲得去 除率。去除率取多年觀測(cè)平均值。
[0013] (3)水源地藍(lán)藻不同生長(zhǎng)階段劃分。建立水源地藍(lán)藻生物量的月變化曲線，結(jié)合溫 度的月變化趨勢(shì)，區(qū)分水源地藍(lán)藻水華發(fā)生前、水華發(fā)生時(shí)、以及水華發(fā)生后等三個(gè)階段。
[0014] (4)藍(lán)藻密度與代謝產(chǎn)物線性關(guān)系式建立。分析三個(gè)階段藍(lán)藻密度與代謝產(chǎn)物的 相關(guān)關(guān)系，優(yōu)選具有顯著相關(guān)性的代謝產(chǎn)物種類，建立三個(gè)階段藍(lán)藻密度與特定代謝產(chǎn)物 的線性關(guān)系式。
[0015] (5)藍(lán)藻密度的安全閾值。根據(jù)特定代謝產(chǎn)物的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值（GB 5749-2006)，結(jié)合藍(lán)藻與代謝產(chǎn)物的線性關(guān)系式，推算水華不同階段水源地藍(lán)藻密度限值。 前提假設(shè)為水體中藍(lán)藻胞內(nèi)和胞外(溶解的）代謝產(chǎn)物均影響水源地水質(zhì)安全，并且自來(lái)水 廠對(duì)水體中藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的去除率為0。依據(jù)最小容忍原則，取其中藍(lán)藻密度限值的最小值 確立為水源地的藍(lán)藻密度閾值。
[0016] (6)水源地藍(lán)藻密度最大容許值。藍(lán)藻密度限值與藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的殘余率(即1 - 去除率）相除，即為不同階段水源地藍(lán)藻密度的最大容許值。
[〇〇17] 上述方法可應(yīng)用于科學(xué)地指導(dǎo)水源地安全管理。水源地藍(lán)藻密度達(dá)到安全限值 時(shí)，需加強(qiáng)水源地藍(lán)藻密度監(jiān)控，并采取適當(dāng)?shù)目卦宕胧?；?dāng)水源地藍(lán)藻密度達(dá)到最大容許 值時(shí)，自來(lái)水廠出水水質(zhì)將劣于飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，存在致毒效應(yīng)，水源地關(guān)閉使用，自來(lái)水 廠更換取水水源。
[0018] 有益效果：本發(fā)明通過(guò)監(jiān)測(cè)藍(lán)藻水華發(fā)生不同階段水源地藍(lán)藻密度和藍(lán)藻代謝產(chǎn) 物，建立不同階段藍(lán)藻密度與代謝產(chǎn)物的線性關(guān)系式；依據(jù)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的生活飲用水衛(wèi) 生標(biāo)準(zhǔn)限值，推算獲得藍(lán)藻密度的安全限值；并依據(jù)最小容忍原則，取其中藍(lán)藻密度限值的 最小值確立為水源地的藍(lán)藻密度閾值。再結(jié)合自來(lái)水廠對(duì)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的去除率，獲得藍(lán) 藻密度的最大容許值。依據(jù)本發(fā)明方法確立的藍(lán)藻密度的安全閾值和最大容許值可直接用 于指導(dǎo)特定水源地的控藻措施實(shí)施和自來(lái)水廠生產(chǎn)。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1巢湖北部湖區(qū)自來(lái)水廠取水口采樣點(diǎn)分布圖。 【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案給予進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但有必要 指出以下實(shí)施例只用于對(duì)
【發(fā)明內(nèi)容】
的描述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0021] 針對(duì)巢湖水源區(qū)藍(lán)藻水華影響自來(lái)水安全生產(chǎn)的問(wèn)題，通過(guò)夏季巢湖藍(lán)藻水華發(fā) 生期間，分析藍(lán)藻數(shù)量與代謝產(chǎn)物濃度(藻毒素、臭味物質(zhì)和藻源有機(jī)物生成消毒副產(chǎn)物的 生成勢(shì))，建立藍(lán)藻密度預(yù)測(cè)關(guān)系式，獲得藍(lán)藻水華發(fā)生時(shí)藍(lán)藻密度的安全閾值。
[0022] (1)采樣時(shí)間：2013年6月-8月。
[0023] (2)采樣地點(diǎn)：巢湖北岸9個(gè)取水口及傳統(tǒng)自來(lái)水處理工藝的水廠中原水和出水 (見(jiàn)圖1)。
[0024] (3)采樣監(jiān)測(cè)指標(biāo)：藍(lán)藻密度、藻毒素（MC-LR、MC_RR和MC-YR)、臭味物質(zhì)(土臭素、 二甲基異莰醇（2-ΜΙΒ)、β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮)、消毒副產(chǎn)物(三鹵甲烷THM、鹵乙酸 HAA、Ν-亞硝基二甲胺NDMA)及其生成勢(shì)。
[0025] (4)建立水源區(qū)藍(lán)藻密度預(yù)測(cè)模型：通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)正態(tài)分布分析，若不符合正態(tài)分布 進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。分析巢湖原水藍(lán)藻密度與藻毒素、臭味物質(zhì)以及消毒副產(chǎn)物生成勢(shì)等藍(lán)藻 代謝產(chǎn)物之間的相關(guān)關(guān)系。本例可得巢湖水華發(fā)生時(shí)藍(lán)藻密度與MC-LR、MC-RR、MC-YR、總 藻毒素、2-ΜΙΒ、土臭素和β-紫羅蘭酮存在顯著正相關(guān)（Ρ〈 0.05)，建立藍(lán)藻密度與這些 特定代謝產(chǎn)物的一元線性回歸模型(見(jiàn)表1)。考慮藻毒素是由藍(lán)藻產(chǎn)生的，而臭味物質(zhì)的產(chǎn) 生除了藻類之外還有其它生物和非生物來(lái)源，因此依據(jù)藻毒素建立的線性關(guān)系式截距為0， 而臭味物質(zhì)的關(guān)系式截距非〇。
[0026] (5)藍(lán)藻密度安全閾值：根據(jù)藍(lán)藻密度預(yù)測(cè)模式以及代謝產(chǎn)物生活飲用水衛(wèi)生標(biāo) 準(zhǔn)限值，獲得不同代謝產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的藍(lán)藻密度限值，依據(jù)最小容忍原則，取對(duì)應(yīng)的藍(lán)藻密度限 值最小值，即總藻毒素對(duì)應(yīng)的藍(lán)藻密度限值20000個(gè)/ml，為水源地的藍(lán)藻密度閾值。
[0027] (6)藍(lán)藻密度最大容許值：自來(lái)水廠處理過(guò)程對(duì)代謝產(chǎn)物具有一定的處理能力，結(jié) 合考慮已獲得的藍(lán)藻密度限值對(duì)應(yīng)的代謝產(chǎn)物的自來(lái)水廠去除率，計(jì)算藍(lán)藻密度的最大容 許值。本例夏季藍(lán)藻水華發(fā)生期間某自來(lái)水廠對(duì)總藻毒素的平均去除率為17%。以總藻毒 素對(duì)應(yīng)的藍(lán)藻密度限值為計(jì)算依據(jù)，將藍(lán)藻密度限值與藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的殘余率（即1 -去 除率）相除，可得巢湖水源區(qū)夏季藍(lán)藻密度最大容許值為24000個(gè)/ml。
[0028] (7)用葉綠素 a表示的安全限值：藍(lán)藻密度計(jì)數(shù)較為繁瑣，采用葉綠素 a (Chi a) 更為簡(jiǎn)單易操作。根據(jù)巢湖夏季藍(lán)藻密度與Chi a的相關(guān)關(guān)系式（y = 0.0008x，R2=0.971， 其中y為Chi a，x為藍(lán)藻密度)，可得藍(lán)藻密度安全限值對(duì)應(yīng)的巢湖水體Chi a為16 mg/ m3 ;藍(lán)藻密度最大容許值對(duì)應(yīng)的巢湖水體Chi a為19. 2 mg/m3。
[0029] 表1巢湖夏季藍(lán)藻水華發(fā)生期間藍(lán)藻密度與特定代謝產(chǎn)物相關(guān)關(guān)系式
【權(quán)利要求】
1. 一種保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)目標(biāo)水源地藍(lán) 藻密度及其代謝產(chǎn)物，區(qū)分水源地藍(lán)藻水華發(fā)生前、水華發(fā)生時(shí)、以及水華發(fā)生后三個(gè)階 段，對(duì)三個(gè)階段中藍(lán)藻密度與代謝產(chǎn)物分別進(jìn)行相關(guān)性分析，選擇具有顯著相關(guān)性的代謝 產(chǎn)物種類，建立三個(gè)階段藍(lán)藻密度與所述代謝產(chǎn)物的線性回歸方程；根據(jù)生活飲用水衛(wèi)生 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特定代謝產(chǎn)物的限值，結(jié)合藍(lán)藻密度與代謝產(chǎn)物的線性回歸方程，獲得不同代 謝產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的藍(lán)藻密度限值，依據(jù)最小容忍原則，取其中藍(lán)藻密度限值的最小值確立為水 源地的藍(lán)藻密度閾值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法，其特征在于， 所述的藍(lán)藻密度采用藍(lán)藻細(xì)胞鑒定和計(jì)數(shù)獲得，或者采用色素含量分析獲得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法，其特征在于， 所述的藍(lán)藻的代謝產(chǎn)物至少包括藻毒素、臭味物質(zhì)和消毒副產(chǎn)物生成勢(shì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法，其特征在于， 所述的藻毒素為MC-LR、MC-RR、MC-YR和/或總藻毒素；所述的臭味物質(zhì)為土臭素、二甲基 異莰醇、β-環(huán)檸檬醛和/或β-紫羅蘭酮；所述的消毒副產(chǎn)物為三鹵甲烷、鹵乙酸和/或 亞硝基二甲胺。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法，其特征在于， 所述的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保障水源地安全的藍(lán)藻密度閾值的建立方法，其特征在于， 在所述的方法中，與原水監(jiān)測(cè)同步采集自來(lái)水廠出水，監(jiān)測(cè)藍(lán)藻代謝產(chǎn)物和消毒副產(chǎn)物濃 度，與原水進(jìn)行比較，獲得其去除率；將藍(lán)藻密度閾值與藍(lán)藻代謝產(chǎn)物的殘余率（1-去除 率）相除，獲得不同階段水源地藍(lán)藻密度的最大容許值。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104091072SQ201410328682
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】馮慕華, 尚麗霞, 李文朝, 柯凡 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所