新技術(shù)可靠地測量河流或湖泊是否已耗盡空氣
國際研究表明，使用新技術(shù)可以更快、更可靠地確定被糞便污染的淡水。來源：來自 Jiao 等人，doi:10.1126/sciadv.abc7318。這項工作在CC BY-NC下獲得許可。
國際研究表明，使用新技術(shù)可以更快、更可靠地確定被糞便污染的淡水。
從偶然誤差的特性中知道，測量誤差愈大，它出現(xiàn)的概率愈小，也就是說大誤差出現(xiàn)的機會是很小的。但是，由于測量者不小心在測量過程中偶然讀錯、寫錯、算錯等等因素還是可能存在的，這是明顯歪曲測量結(jié)果，應(yīng)設(shè)法發(fā)現(xiàn)和剔除它。要發(fā)現(xiàn)單次測量有無過失誤差，一般是重新測量一次看它是否相差太多。
當(dāng)農(nóng)村和城市的廢水流入河流和湖泊時，大量的脂肪、蛋白質(zhì)、糖類和其他含碳有機物質(zhì)與糞便一起進入自然界。這些有機物質(zhì)被消耗氧氣的細菌分解。廢水量越大，細菌生長得越好。然而，這意味著水中的氧氣含量會持續(xù)下降，直到魚、貽貝或蠕蟲最終耗盡空氣。這在世界各地的許多河流和湖泊中形成了低氧死亡區(qū)。
直到現(xiàn)在還沒有測量的黃金標(biāo)準
為了測量水體被糞便中的有機物污染的嚴重程度，政府機構(gòu)和環(huán)境研究人員定期采集水樣。一種廣泛使用的測量方法使用化學(xué)反應(yīng)來確定有機物質(zhì)的含量。正如一個國際科學(xué)家團隊現(xiàn)在表明的那樣，這種既定方法提供的值很難從中得出水污染的實際程度。Hereon 碳循環(huán)研究所所長 Helmuth Thomas 教授也是該研究的貢獻者，該研究現(xiàn)已發(fā)表在科學(xué)雜志《 科學(xué)進展》上?！耙虼耍诒疚闹?，我們還引入了一種新方法，使未來的測量更加可靠，”他說。
使用傳統(tǒng)的測量方法，將水樣與化學(xué)物質(zhì)高錳酸鹽或重鉻酸鹽混合。它們特別活潑，可在短時間內(nèi)分解所有有機物質(zhì)。然后可以使用消耗的高錳酸鹽或重鉻酸鹽的量來確定水樣中含有多少有機物質(zhì)。
專家將此測量稱為“化學(xué)需氧量”，即 COD。COD 測量的問題在于，它們無法區(qū)分隨污水進入水中的有機物質(zhì)，以及木材腐爛時釋放的自然產(chǎn)生的有機物質(zhì)，例如木質(zhì)素和腐植酸。這意味著很難將水污染與有機物質(zhì)的天然含量區(qū)分開來。
“以韓國的漢江為例，我們已經(jīng)證明過去 25 年廢水中的有機物污染有所減少。然而，COD 測量值仍然顯示出與以前一樣的高值，”Helmuth Thomas 說，“因為這里的天然物質(zhì)構(gòu)成了水中有機物的很大一部分?！?/p>
復(fù)雜的生物學(xué)分析
但是如何才能更可靠地測量實際污染呢？這里已經(jīng)建立了幾十年的生物測量方法，但它比 COD 方法復(fù)雜得多，因此很少被政府機構(gòu)和研究機構(gòu)使用。在這種情況下，從河流或湖泊中采集水樣，并測量水中的氧含量作為初始值。另一個“平行樣品”立即密封密封。然后這個水樣靜置五天。在此期間，細菌會分解有機物質(zhì)，從而逐漸消耗水中的氧氣。五天后，打開容器并測量氧氣。如果水中含有大量有機物，那么細菌就特別活躍。然后氧氣消耗相應(yīng)地高。
“BOD 測量比 COD 精確得多，因為細菌優(yōu)先分解廢水中的有機小分子，但不觸及天然分子，例如木質(zhì)素，”Thomas 說。然而，BOD 測量也有其缺點。一方面，BOD 測量需要五天時間，而 COD 值在幾分鐘后即可獲得。另一方面，在填充、儲存和測量水樣時，必須小心謹慎，以確保環(huán)境空氣中的氧氣不會卷入樣品中并篡改測量值?！爸挥猩贁?shù)具有豐富實驗室經(jīng)驗的人掌握了如何完全處理 BOD 測量，”Thomas 說?！耙虼?，即使在今天，政府機構(gòu)和研究人員仍然更喜歡 COD，盡管其不確定性更大?！?/p>
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更快更可靠的方法
因此，Helmuth Thomas 和他的團隊正在引入一種改進傳統(tǒng) BOD 測量的替代方法。該方法的優(yōu)點是只需要一個水樣，立即密封，在不干擾樣品的情況下測量耗氧量。因此無需在五天后再次打開樣品來測量氧含量。這可以防止樣品再次與大氣中的氧氣接觸。
使用新方法，一旦水樣被填充，光纖就被插入到樣品容器中。通過這種光纖，可以利用光學(xué)效應(yīng)直接連續(xù)測量樣品中的氧含量。Thomas 說：“我們可以不間斷地測量氧氣含量，并獲得更精確的細菌耗氧量圖像。”
初步測試表明，在大約四十八小時后就可以得到有意義的結(jié)果，這大大加快了 BOD 的測量速度。總而言之，光學(xué)方法使 BOD 測量不僅更可靠，而且速度更快。Helmuth Thomas 假設(shè)未來幾年的新方法將被確立為新標(biāo)準，它將取代 COD 以及經(jīng)典的 BOD 測量。例如，將來可以比以前更可靠地確定水污染控制措施是否真的成功。