楊石紅， 趙益杰， 宋 飛， 文 聞

(1.昆明通用水務自來水有限公司， 云南 昆明 650021； 2.威立雅(中國)環(huán)境服務有限公司北京分公司， 北京 100073；3.?？谕潘畡沼邢薰?， 海南 ?？?570203)

為保障飲用水衛(wèi)生安全，自來水公司通常根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)對出廠水和管網水的菌落總數(shù)、總大腸菌群等微生物指標進行檢測。但這些指標都有一定的局限性：它們的檢測方法均屬于培養(yǎng)法，檢測耗時長(1～3 d)；這些檢測都只能在實驗室里面進行，不能進行現(xiàn)場檢驗；菌落總數(shù)并不能真正檢測總的細菌數(shù)，而只能檢測部分可以培養(yǎng)的異養(yǎng)菌，還有大量有活性但不能被培養(yǎng)的細菌(VBNC)不能被檢出[1]。因此，僅采用這些指標越來越難以滿足不斷提高的水質管理需求：①自來水處理系統(tǒng)從源頭到水龍頭，都需要了解微生物總量的變化情況，以便進行更加科學的消毒處理；②需要及時了解水廠消毒工藝運行效果，從而要求對微生物進行快速測定；③管網中水力條件的改變，可能導致水中微生物穩(wěn)定狀態(tài)的變化，需要使用快速檢測手段來掌握微生物狀態(tài)；④在用戶投訴以及管道泄漏等緊急情況下，除了余氯、濁度等指標的現(xiàn)場檢測手段以外，特別需要微生物的現(xiàn)場檢測，以便初步判斷是否存在微生物污染風險。

三磷酸腺苷(ATP)存在于從微生物到高等動植物所有生物體細胞中，是所有活細胞中主要的能量載體，為細胞代謝提供所需能量，正常生物體細胞內的ATP含量是相對穩(wěn)定的。ATP含量可以直接反映細胞活性以及微生物的數(shù)量，可以代表真正的細菌總數(shù)[2]。以熒光染色技術為基礎的ATP測定儀具有便攜快速的特點，可以在生產現(xiàn)場于數(shù)分鐘之內完成單個樣品檢測，并通過水樣濃縮使靈敏度達到菌落總數(shù)(平皿法)的水平。它在食品衛(wèi)生、工業(yè)水處理以及自來水水質管理等領域得到廣泛應用。筆者在本文中探討了ATP檢測技術在自來水處理中的應用。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

1.1.1檢測儀器和方法原理

所采用的ATP測試儀為HACH TX1315 便攜式生物毒性分析儀，主機包含照度計和通訊模塊，第二代ATP測試套裝(通用型)。

活性微生物細胞經過破壁處理后，釋放出的ATP和螢光素酶催化反應而發(fā)光，使用照度計來測量發(fā)光的強度(RLU)，從而對樣品中 ATP 濃度進行定量分析，反應式如下：

(1)

檢測時，用套裝內的注射器過濾裝置過濾50 mL(Vsample)水樣，在濾頭上加入1 mL破壁劑Ultralyse，然后用注射器將其推入9 mL UltraLute熒光酶溶液中，混勻，取100 μL混合液用照度計測量照度(RLUcATP)，同時取100 μL ATP標準溶液(100 000 pg/mL)測量照度(RLUATP1)，樣品ATP的值表示為：

(2)

1.1.2其它設備和檢測方法

游離氯測定使用余氯儀 HACH DR300, 菌落總數(shù)按照《生活飲用水標準檢驗方法 微生物指標》(GB/T 5750.12—2006)配置所有器皿試劑并測試。

1.2 應用研究方法

先驗證ATP檢測儀器的精密度和檢出限，然后對水廠出廠水和管網水進行初步常規(guī)測定，建立基準線，再應用到供水管網敏感取樣點、二次供水等場景，討論檢測結果對于水質管理的意義。

2 結果與討論

2.1 方法的基本參數(shù)驗證

2.1.1儀器精密度檢查

使用同一管網水樣品，過濾50 mL，進行6次重復檢測，檢測的結果見表1。

檢測平均值為1.06，標準偏差為0.07，相對標準偏差為6.6%，這對于微生物檢測來說，方法有足夠的精密度。

2.1.2方法檢出限的確定

根據(jù)標準《環(huán)境監(jiān)測 分析方法標準制修訂技術導則》(HJ 168—2010)，按照樣品分析的全部步驟，重復11次空白試驗，將各測定結果換算為ATP值，結果見表2(平均校準值RLU=14 809)。計算得到11次平行測定的標準偏差s=0.08，MDL=0.21。

表2 ATP檢測的標準偏差Tab.2 MDL of ATP detection pg·mL-1

2.2 水廠出水常規(guī)檢測

采用同一方法，對10個水廠的出廠水取3個平行樣并檢測ATP，同時檢測菌落總數(shù)。菌落總數(shù)結果均為0 CFU/mL，ATP檢測結果(n=3)見圖1。

從圖1可以看出，不同出廠水的ATP含量略有差異，除了1#水廠，其余各水廠的組內平行樣結果差異不大(相對偏差小)。其中4#水廠、7#水廠、3#水廠、8#水廠的平均ATP含量均小于1.0 pg/mL。

圖1 出廠水ATP常規(guī)檢測的平均值和最值圖Fig.1 Average value and maximum/minimum value of ATP routine detection of treated water

參考文獻[3]中的方法，建立一個基準線(參考限值)，以便判斷后續(xù)的檢測結果是否在正常范圍內。根據(jù)實際的檢測結果，這些樣品的菌落總數(shù)都未檢出，水質滿足當前標準要求，而個別出廠水ATP檢測結果卻出現(xiàn)明顯偏高的現(xiàn)象。這可能是水中的消毒劑接觸時間不夠造成，也可能是水中有其他的微生物或不當操作造成的。個別偏高的值和其他數(shù)值有顯著性差異，應該被當做水質異常而視為離群值，在計算基準線時予以去除。

將這些數(shù)據(jù)從小(x1)到大(x30)排列后，計算平均值：

查Grubbs臨界值表，檢測數(shù)量p=30時，1%臨界值為3.236，5%臨界值為2.908，G30>3.236，所以最大值x30為離群值。

按此方法逐步確認剩余數(shù)據(jù)的最大值是否為離群值，結果表明x29不是離群值。

2.3 管網水常規(guī)檢測

對管網水日常22個取樣點的31個樣品測量ATP含量和菌落總數(shù)。大部分取樣點第1次ATP測試結果很低，所以對這些取樣點只測試1次；少部分取樣點第1次測試結果比較高，所以這些取樣點測試2次以上。這些樣品的菌落總數(shù)結果為0 cfu/mL，ATP的檢測結果平均值如圖2所示。

圖2 管網水的ATP檢測平均值和最值Fig.2 Average value and maximum/minimum value of ATP detection of pipe network water

古代打官司不準代理，有身份的官員、士大夫、婦女可以由家人代為訴訟，訴訟雙方當事人必須親自到庭。也不準“教唆詞訟”，不準教別人如何打官司。為人起草訴狀是可以的，但是不得加減情節(jié)和訴訟請求。

從數(shù)值上看，管網水的ATP基準線小于水廠，似乎不合乎情理，但這可能是兩方面的原因造成的：管網水大都來自7#水廠，而7#水廠的平均值為0.58 pg/mL；而水廠的基準線是剔除離群值后的所有水廠數(shù)據(jù)的平均值和標準偏差的計算結果，其中有幾個水廠的檢測結果比較高但又不是離群值。因此，采用所有水廠的結果來計算限值的方法有一定局限性，應該每個水廠單獨考慮，并分析比較ATP檢測結果存在顯著差異的水廠之間的運行差異。

2.4 敏感取樣點管網水檢測

選取包含以下4個特征的8個管網水取樣點：2019—2021年微生物超標2次以上的管網水；老舊區(qū)域管網水；輸水距離最遠(19.5 km)的管網水；在不同時間取樣4次并檢測ATP、菌落總數(shù)、余氯和濁度，菌落總數(shù)均未檢出的點位。8個取樣點管網水中ATP檢測結果如圖3所示。

圖3 敏感取樣點管網水的ATP檢測平均值和最值Fig.3 Average value and maximum/minimum value of ATP detection of pipe network water at sensitive sampling points

以上管網點樣品的余氯平均值為0.44 mg/L，最小值為0.15 mg/L；濁度平均值為0.24 NTU，最大值為0.44 NTU。ATP的檢測結果只有1次(2.68 pg/mL)，超過參考限值1.73 pg/mL，該樣品的余氯為0.15 mg/L，大于管網水要求限值0.05 mg/L。這說明：①以前的微生物超標情況確屬于偶發(fā)現(xiàn)象，或者生物膜突然脫落被檢出[5]，或者操作過程偶發(fā)影響因素所致；②最遠端的取樣點距水廠19.5 km，但是ATP的最大值是1.01 pg/mL，該處管道系1996年建設的灰口鑄鐵管，數(shù)據(jù)表明管道內的水質受水齡和管材影響很小。③離水廠最近的老舊管道(1997年建設的灰口鑄鐵管)，其出水ATP的4次檢測值均小于1.0 pg/mL，水質未受老舊管道影響；④這些取樣點微生物指標的穩(wěn)定，很有可能與水中較高的余氯水平有關。但余氯也不宜控制得太高，否則會有消毒副產物增加和嗅味超標的風險[6]。

2.5 不同工藝出水和出廠水中ATP的變化

在實驗室里模擬不同水齡管網水并測試ATP。在水廠取原水、沉淀水、濾后水和出廠水，分別測定其ATP，以考察不同工藝出水中微生物量的變化；在濾后水中加入一定量的次氯酸鈉溶液，使余氯大于出廠水的余氯量，和沉淀水、出廠水一起放置一定時間測試菌落總數(shù)和ATP，以便了解在不同余氯的情況下，水中微生物量的變化情況，檢測結果如表3所示。

表3 不同消毒劑接觸時間下ATP的變化趨勢Tab.3 Variation of ATP under different disinfection contact time

從檢測結果看，接觸0 h時，原水、沉淀水和濾后水余氯讀數(shù)為0.06 mg/L，但實際上當天原水水樣未加氯，濾后水取樣點在加氯點前，所以原水、沉淀水和濾后水的余氯視為未檢出。ATP含量沿著生產工藝線明顯降低，沉淀水和濾后水無法及時送回實驗室，未測定菌落總數(shù)，原水和出廠水的菌落總數(shù)為當日日常取樣的檢測結果。從數(shù)值上看，從原水到出廠水，ATP的變化遠遠大于菌落總數(shù)的變化，推測是兩種方法測定原理的差異，菌落總數(shù)是1 mL樣品經過營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)48 h后檢測的結果，檢測的只是能培養(yǎng)的異養(yǎng)好氧菌，而ATP含量反映的是50 mL樣品過濾后所有的生物量，后者顯然比前者有更強的代表性。放置水樣的測定結果也證明了這一點。

濾后水取回實驗室加氯后測得的余氯值為3.8 mg/L，此時(4.0 h)測定的菌落總數(shù)和未加氯的沉淀水的菌落總數(shù)分別為4和8 CFU/mL，實際上不能據(jù)此分辨消毒效果。相比之下，沉淀水和濾后水的ATP含量卻有很大差異，而加氯后的濾后水的ATP含量和出廠水接近。

繼續(xù)放置和測定沉淀水(無氯)、濾后水(高氯)和出廠水(低氯)，23 h后濾后水和出廠水的余氯進一步降低，ATP含量也進一步降低，濾后水的降低更加明顯，這可能是因為高濃度的余氯持續(xù)接觸的結果。而未加氯的沉淀水的ATP含量基本不變。

考慮到最長的管網水停留時間(約20 h)，實驗選取27 h的極端情況進行測試。放置27 h后，濾后水和出廠水的余氯繼續(xù)下降，但ATP含量已經沒有下降的空間。數(shù)據(jù)結果說明當前出廠水的余氯完全能抑制管網中微生物生長。實驗表明，氯的濃度和接觸時間的乘積(CT值)與ATP含量降低程度成明顯負相關，這可以解釋管網水的ATP含量整體上低于出廠水。

因此，實驗結果表明，ATP檢測除具有檢測快速、取樣量大且更有代表性的優(yōu)點以外，消毒前后ATP含量的變化比菌落總數(shù)的變化更大，用ATP含量來評估消毒效果更為科學。

2.6 二次供水中ATP和菌落總數(shù)之間的關系

測試了供水區(qū)域內部分二次供水取樣點的ATP，包括水池進出水和龍頭水，同時檢測菌落總數(shù)，一共71組數(shù)據(jù)。統(tǒng)計菌落總數(shù)和ATP之間的關系見圖4，其中圖4.a為所有樣品檢測結果，包括大量未檢出菌落總數(shù)的樣品，圖4.b僅為菌落總數(shù)高于100 CFU/mL樣品。

圖4 菌落總數(shù)與ATP之間的相關性Fig.4 Correlation between bacteria and ATP

從圖4.a看，有很多樣品在菌落總數(shù)為0或者低于限值的情況下，仍有很高的ATP含量。也就是說，菌落總數(shù)在低于限值的情況下，ATP仍可能被檢出且在較高濃度水平。這可能是因為低濃度的微生物在水中分布不均勻，菌落總數(shù)取1 mL測試，ATP取50 mL進行測試，兩者所取樣品中微生物的單位含量不盡相同；另外一種可能是因為在微生物低濃度水平，平皿計數(shù)法檢測菌落總數(shù)有極大的選擇性，只能檢出部分微生物，因此彼此之間的一致性在這一濃度水平下并不好。從圖4.b看，在菌落總數(shù)為100～1 000 CFU/mL的水樣里，菌落總數(shù)和ATP含量仍然沒有良好的線性關系。

Narsaiah等[7]的實驗表明，ATP含量和菌落總數(shù)之間只針對指定菌種在一定濃度范圍內有一定相關性，比如在Bacillus、Pseudomonas、and Staphyllococcus這3種菌的人工合成樣測試中，發(fā)現(xiàn)它們在菌落總數(shù)的對數(shù)為2～8時，ATP含量和菌落總數(shù)有明顯的對數(shù)線性關系，相關系數(shù)達到0.88。而在出廠水和管網水這種微生物水平本來就很低的樣品中，很難找到ATP含量和菌落總數(shù)的對應關系，也就很難找到菌落總數(shù)限值(100 CFU/mL)所對應的ATP含量數(shù)值。

ATP含量作為一個衡量水中微生物綜合情況的指標，應該擺脫菌落總數(shù)而建議一個獨立的參考限值，也可以建立一個運行控制基準線。在日常的水質管理中，如果ATP含量超出這個基準線，就可以及時檢查水廠生產運行情況、管網污染等問題，同時進行其他常規(guī)指標檢驗。

3 結論與建議

① ATP檢驗技術用于自來水中微生物的檢測，和菌落總數(shù)相比具有檢測更快速、檢測細菌更全面、操作更方便的特點，可以用于對水廠消毒效果的確認，從而及時調整工藝；也可以用于水質管理的應急檢驗，以便及時發(fā)現(xiàn)可能的微生物污染。

② ATP含量和菌落總數(shù)在出廠水和管網水樣品中沒有明顯的相關性，不能參考菌落總數(shù)的標準限值計算ATP含量的限值。在具體應用中，需要根據(jù)檢測對象的水質特點，建立獨立的基準線，通過基準線去評估檢測結果是否正常。