科学家开发出能可靠测量河流或湖泊是否已耗尽空气的新技术

据外媒报道，一项国际研究表明，一种新技术可以以一种更快、更可靠的方式测定被粪便污染的淡水。当乡村和城市的废水流入河流和湖泊时，大量的脂肪、蛋白质、糖和其他含碳的有机物质会随粪便一起进入大自然。这些有机物质被消耗氧气的细菌分解。废水的量越大，细菌的繁殖就越好。

这意味着水中的氧气含量会持续下降，直到最终鱼类、贻贝或蠕虫耗尽空气。这样的情况已经在世界各地的许多河流和湖泊中造成了低氧死亡区。

为了测量水体受到粪便有机物污染的严重程度，世界各地的政府机构和环境研究人员会定期采集水样。其中一种得到广泛使用的测量方法是利用化学反应来测定有机物的含量。然而这种方法提供的数值实际上很难从实际的水污染程度中得出。参与了这项研究的教授、碳循环Hereon研究机构主管Helmuth Thomas表示，他们引入了一种新的方法从而使未来的测量能变得更加可靠。

在常规的测量方法中，水样跟高锰酸盐或重铬酸盐混合。它们特别活泼，能在短时间内分解所有的有机物质。高锰酸盐或重铬酸盐的消耗量可以用来确定水样中有机物质的含量。

专家们把这种测量方法称为“化学需氧量(COD)”。然而COD测量的问题在于，它们没有区分那些自然产生的有机物质如木质素和腐殖酸，这些物质则是在木材腐烂时释放出来的。这就意味着水体污染跟有机物质的天然含量很难被区分开来。

Thomas表示：“以韩国的汉江为例，我们已经证明，过去25年来自废水的有机物质污染已经减少。然而，COD的测量结果仍显示出跟以前一样的高值。这是因为这里的天然物质构成了水中有机物的很大一部分。”

但怎样才能更可靠地测量实际污染呢？几十年来，这里已经建立了一种生物测量方法，但它比COD方法复杂得多，因此政府机构和研究机构很少使用它。在这种测量方法下，从河流或湖泊中提取水样并将水中的氧含量作为初始值进行测量。另一个“平行样品”则立即密封保存。然后将这个水样静置五天。在此期间，细菌分解有机物并逐渐消耗水中的氧气。五天后，容器被打开，含氧量被测量。如果水中含有大量有机物那么就表示细菌特别活跃，这意味着氧气消耗也高。专家们称之为“生物需氧量(BOD)”。

“BOD的测量要比COD精确得多，因为细菌会优先分解废水中的小有机分子而不会破坏木质素等天然分子，”Thomas说道。然而，BOD的测量也有其缺点。一方面，BOD的测量需要5天，而COD值在几分钟后就可以得到；另一方面，在充装、储存和测量水样时，BOD测量法必须非常小心以确保没有来自周围空气的氧气进入样品，否则测量值会变假。Thomas表示：“只有少数具有丰富实验室经验的人掌握了如何完全处理身体健康的测量。因此，即使在今天，政府机构和研究人员仍偏爱COD，尽管它有更大的不确定性。”

为此，Helmuth Thomas和他的团队正在引入一种替代方法以改进传统的BOD测量方法。该方法的优点是只需要一个水样，通过立即密封的方式让在不干扰样品的情况下测量到氧气消耗量。因此，无需在5天后再次打开样品来测量氧含量。这样做的好处是可以防止样品再次跟大气中的氧气接触。

在这种新方法中，当水样本被填满时，一根光纤被插入到样品容器中。通过这种纤维，利用光学效应可以连续地直接测量样品中的氧含量。Thomas表示：“我们可以不间断地测量氧气含量从而获得细菌耗氧量的更精确的图像。”

第一次测试表明，大约48小时后就可以得到一个有意义的结果，这大大加快了BOD的测量速度。总之，光学方法不仅使BOD测量更加可靠而且速度更快。Thomas相信这种新方法将在未来几年被确立为新标准，它将取代COD和传统的BOD测量方法。