芯片预警千种蓝藻 珠江水源守护升级
微生物脱氮等新手艺让大湾区住民喝上放心水
“我们不仅要治污水，更要保好水！稀奇是珠江流域的饮用水水源地，不仅为广州、深圳等珠三角都会提供平安清洁的饮用水，还直供香港。若何防微杜渐，监测并珍爱好珠江流域的水源地水质，相干十分重大。”广东省微生物研究所副所长、博士生导师许玫英向广州日报记者先容，2020年年底，广东省科学院微生物研究所、华南科学环境研究所、珠江水利科学研究院、广东工业大学、广州市自来水公司、广州美格基因科技有限公司、广州中洲环保科技有限公司共7家企事业单元团结开展了“珠江流域饮用水水源地水生态珍爱与修复要害手艺及应用”的重点手艺攻关项目。现在，这套手艺已经成熟，将为粤港澳大湾区国民能连续喝上放心水提供了有力的保障。
相比治污、我们正通过哪些科学手艺手段保持清洁的饮用水水质？相关科研职员向记者做了先容。
文、图/广州日报全媒体记者武威
“我们先前的调研显示，对珠江流域饮用水水源地水质威胁最大的是氮素污染，因此我们的科研项目凭证专家的要求，集中在氮的治理。氮素污染是诱发水华的主要缘故原由，对水质也会造成较大威胁。”广东省科学院微生物研究所副研究员杨旭楠向记者先容，现在珠江流域的饮用水源地水质普遍能到达Ⅱ类水尺度，但农业生产等所发生的氮素污染等问题依然不容小觑。从2020年年底，科研职员就在东江源头周围的斗晏水库和下游的百花林水库举行实验和科技攻关，这两个水库现在是都会的备用水源地，相关实验验证了水污染预警、防、治等多项手艺的可行性。
给蓝藻做“核酸检测”
“上医治未病”，要想预防水污染，确立相关预警机制稀奇主要。但传统的污染物检测费时艰辛，迅速性也不强。待真正检测发现污染物时，往往已泛起水体污染。许玫英告诉记者，他们确立的预警机制主要依托于监测一种微生物——蓝藻，“藻类对水体内的氮素含量反映最敏感，差其余氮素组成，就会泛起差其余藻相。”
“这个监测手艺有点类似核酸检测。我们行使相关生物和数字手艺，对水体内的蓝藻举行‘核酸检测’后，判断水里的藻类组成情形，由此来迅速地判断水体的受污染水平，并实时提出预警。”广州美格基因科技有限公司束浩然向记者展示了一款公司开发的带着8个小黑圈的“玻璃片”，这实在是一种检测藻类的高通量芯片，“每一个小黑圈意味着可以检测一个样品，因此这块芯片可以检测8个差其余水体样本。实验职员只要在黑圈里滴入一滴水样，就可以看到一滴水内里，到底能检测出若干种差其余蓝藻。”
束浩然先容：“在自然界中，已知的蓝藻有成千上万种，现有方式实时检测难度大且准确度难以保证。美格构建了完整的蓝藻数据库，并对数据库里的蓝藻基因组序枚举行比对获得它们的特征序列，据此设计并人工合成特异性的基因探针；将这些探针锚定在特制的玻片外面，获得了我们现在看到的高通量蓝藻检测芯片。”
束浩然告诉记者，若是将这块“玻璃片”放在光学显微镜或者扫描仪上看，我们就能发现上面有许多微型探针阵列，其中每个检测阵列包罗了多达6万个特异性基因探针。
“为准确识别每一种蓝藻，我们都针对性地设计了50到100个特异性的基因探针；基于这些特征探针，我们的芯片可以把环境中的常见蓝藻漫衍信息和演化动态一网打尽。这样，科研职员就可以实时掌握水体里的蓝藻多样性和种群转变情形，准确评估哪些蓝藻存在发作潜质并实时干预。”
解决便秘别依靠这些“外援”
束浩然先容，除了这种包罗6万个探针的蓝藻检测芯片，企业还开发了单个阵列高达12万个探针、更高通量的生物检测芯片，和只有数千个探针的低通量芯片，以顺应差异检测场景，可以快速完成庞大蓝藻环境普查和有针对性的监控4、5种要害藻类的动态转变情形。“在未来大规模应用的条件下，这种低通量芯片的价钱将降低到20~30元，能有用降低水质预警监测的成本。”
据悉，现在基于蓝藻监测的“水华远程实时监控物联网治理平台”的原型设计已经完成，水华数据可通过平台实时反馈给总部的科研职员。“现在，我们确立的水华快速精准预警手艺，相比传统预警手艺展望误差降低30%以上，响应时间缩短50%以上。”杨旭楠告诉记者。
高效截留防止氮肥入水
做好水质核酸检测的同时，预防污染物进入水体，是饮用水源地珍爱的重中之重。
科研实验历程中，杨旭楠等科研职员对百花林水库周边举行了走访。该水库位于广州市增城区，增江一级支流附城河上游，1957年建成，集水面积17.4平方公里，总库容1084万立方米，是广州市备用饮用水源地之一。
杨旭楠示意，只管百花林水库水质常年能维持Ⅱ类水，但在走访历程中他仍发现一些潜在的可能造成污染的问题。如百花林水库的上游有一个墟落，这条村的截污事情另有待进一步完善；此外水库旁另有一片果林，下雨时容易泛起面源污染的问题，果林土壤中的氮、磷等化肥容易被冲到水库里。而要防止这些富营养化的污水进入水库，科研职员确立了一套水岸截污系统，同时在水岸边开发了一套“生物高效截留脱氮手艺”。
“这套手艺主要分两大模块，一个是‘水岸生物截污模块化手艺’，另一项是‘电子穿梭体强化自养型铁驱动生物脱氮手艺’，简朴说，就是在水岸边制作‘生态潜坝+多级阻挡净化’系统；再行使潜坝中的铁矿物、活性炭以及铁还原菌等微生物，促进氨在潜坝中转变为氮气、硝基和水。”杨旭楠先容，经由这样的水岸刷新，上游污水便不会直接进入水库水体，而是能有序地在水岸边举行响应的脱氮反映，让水体中的氮源污染物大部门就酿成了无害的氮气释放到空气中，这就有用削减了水体的含氮量，保障了水质。
“经由这次科研实验，我们确立了全方位生物高效截留脱氮手艺系统，这比传统手艺总氮和氨氮脱除速率提高30% ~40%，综合运行成本则降低了40%以上。”杨旭楠告诉记者。
以藻治藻停止蓝藻生长
而对于已泛起氮素污染的水体，该若何去氮控藻？科研职员又开发出一套“复合微生态系统去氮控藻手艺”。
杨旭楠先容，实验中，科研职员在水库中构建了一个个圆形的浮岛，这些浮岛由“挺水植物—沉水植物”根据最佳配比搭配而成，挺水植物主要为尤物蕉、菖蒲等，沉水植物则是苦草、眼子菜等，这些植物对氮吸收能力强，在好氧脱氮菌剂的辅助下，这一组合通过“综合行使植物吸收-根际微生物代谢团结脱氮”的方式，可以实现氮素削减率50%以上。杨旭楠说：“我们直接从水源地底泥中驯化获得了好氧脱氮菌群，然后复配了两种优势菌菌剂：深度脱氮菌剂和应急脱氮菌剂，划分用于低负荷通例修复与高负荷应急修复；这些微生物菌剂与生物浮岛手艺组合，构建微生物-植物协同脱氮系统，显著提高了脱氮效率。”
水体中，“以藻治藻”也是科研职员治理蓝藻的好方式。杨旭楠先容，他们在斗晏水库中放置了“藻类附着生态网膜”，这种网膜由4种多孔轻质质料组成，异常适合无害硅藻、绿藻的生长，通过竞争抑制的作用，硅藻、绿藻就有用限制了有害蓝藻的品貌。
杨旭楠还先容，为了时刻珍爱水体，监测水质的转变情形，科研职员现在还确立了系统智能化管护手艺，“这项手艺可以累积、延续统计氮素和藻类群落的数据，评估水环境承载力，由此也将确立珠江的水环境康健评价尺度。”
许玫英先容：“我们所确立的多营养级水生态平安评价手艺将有助于系统剖析水源地的污染特征，识别最主要的污染点位，进而再连系我们已经确立起来的生物脱氮手艺、物联网智能化管护手艺实现对水体污染的实时治理和实时监测。这套手艺系统现在已经对照完善，未来将有望在水源地水生态珍爱与修复举行推广应用。”
【编辑:宋宇晟】