對于飲用水供應系統的微生物污染，我們對其特點、入侵途徑和檢測方法都知之甚少。傳統的指示參數 ，需要通過隨機采樣以及后期的實驗室分析能獲得，但這種方法中容易產生時間差，即當發現污染時，很可能已經有人把這些受污染的水喝到肚子里了。為了更好地應對污染事件，許多自來水公司開始引入分層比例采樣以及實時傳感器的方法以彌補隨機采樣的不足。丹麥技術大學(DTU)、丹麥制造商格蘭富（Grundfos）和丹麥Aarhus水務公司合作，對一款名為BACMON的新型細菌監測儀進行測試，考察它對四種污染事件的檢測能力，包括污水入侵、雨水徑流、飲用水的沉淀物再懸浮和鳥糞污染。他們的研究結果發表在國際水協會的開源期刊《H2Open Journal》上。
圖1. 可以監測飲用水中的細菌數量的在線傳感器 | 圖源：kwr
溶解氧、pH、電導率和濁度等常規水質參數，都已經有許多快速檢測的實時方法和設備。但這些參數最多只能間接反映微生物的數量和活性，不能直接顯示微生物負荷的變化情況。那么事實上有沒有能夠直接顯示微生物負荷變化的方法和設備呢？其實是有的，只是大多數都是實驗室里的方法，或者需要對分析樣品進行預處理，例如流式細胞術、ATP分析和光學細菌檢測等。前兩者都需要用到熒光藥劑等耗材，這需要對產生的廢物進行處理以及定期的維護。光學方法則無需化學品，而且維護較少。早在2016年，丹麥的研究團隊就研發了一款可以監測細菌和非生物顆粒的新型在線光學檢測儀，并表示其檢測用時只需10分鐘左右。在這個研究里，他們對該設備在飲用水領域的應用作了進一步評估，包括測試了該儀器檢測不同類型污染事件的能力，并和傳統方法做了對比。
圖2 . 細菌傳感器大大降低了監測所需時間 | 圖源：GRUNDFOS
研究團隊主要考察了四種污染事件，包括污水入侵、雨水徑流、飲用水的沉淀物再懸浮和鳥糞污染。原因包括：
在丹麥，飲用水污染事件主要跟飲用水和污水系統的交叉連接，或者鳥類排泄物進入一些半開放式儲水設施有關；
在旱濕交替季節，地表水徑流可能會引起大腸桿菌的出現或數量的增加；
自來水分類系統里的沉積物受到壓力沖擊的時候，可能會出現再懸浮的情況
這個設備是怎樣在幾分鐘內計算出細菌數量的呢？原來，這個傳感器實際上是一個智能顯微鏡，它利用3D圖像識別技術對物體進行計數和分類。如下圖所示，水樣會放置在一個光學流動室里，然后對水樣拍攝超過1000張照片。利用不同的成像技術，計算機可以跟蹤和識別水樣圖片里的所有物體。對于每個單個物體，傳感器單元會提取它的一組特征，然后跟預設的特征集進行比較，判斷個體屬于細菌還是非生物顆粒。分類完成之后，程序隨機得到兩類物質的計數結果。這時機器會對流動室進行清洗，為下一個樣品做好準備。
圖3. 細菌傳感器的計數原理 | 圖源：Nature.com
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