基于發(fā)光細菌法的工業(yè)廢水綜合毒性檢測技術

蘇少林

（楊凌職業(yè)技術學院，陜西 咸陽）

發(fā)光細菌是一種在正常條件下可以發(fā)射可見熒光的厭氧菌，適宜生活在20～30 ℃、pH 值6～9 的環(huán)境中。發(fā)光細菌法是利用發(fā)光細菌受到環(huán)境中不同物質(zhì)刺激后發(fā)光情況的抑制效果，判斷物質(zhì)含量的高度和毒性的大小。通常情況下，抑制越嚴重，則毒性越強。但是當廢水中污染物以混合物形式存在時，發(fā)光細菌法的檢測精度會受到影響。因此在實際測定工業(yè)廢水的毒性時，需要將發(fā)光細菌法與傳統(tǒng)的理化指標測定法相結(jié)合，保證工業(yè)廢水毒性測定結(jié)果的精確性。

1 材料與方法

1.1 廢水樣品的采集與保存

廢水樣品來自于某地10 家企業(yè)，其中2 家為礦物加工、2 家為飲料制造企業(yè)、2 家為紡織企業(yè)、2 家為化工企業(yè)、1 家為電力生產(chǎn)企業(yè)、1 家為石油加工企業(yè)，企業(yè)與廢水樣品性質(zhì)見表1。

表1 工業(yè)廢水采樣企業(yè)信息

10 份廢水樣品的采集均按照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》中的有關規(guī)定進行。將采樣點設在排污口，對于污水深度超過1 m 的，從水深的1/4 處采樣；對于深度不足1 m 的，在水深的1/2 處采樣。采樣前，使用去離子水反復沖洗采水器；如果水面有泡沫或其他漂浮物，需要去除后再插入采水器進行采樣；采集的廢水樣品應當充滿樣品瓶，盡量保證瓶內(nèi)無空氣。完成廢水樣品的采集后，將樣品瓶密封保存，放置在保溫箱（溫度維持在5 ℃左右）中，送至實驗室進行下一步的理化指標檢測[1]。

1.2 廢水樣品理化指標的檢測

試驗中需要測定的廢水理化指標主要有8 項，分別是pH 值、電導率、化學需氧量、銨態(tài)氮、磷酸鹽，以及銅、砷、汞3 種重金屬，各項指標的檢測方法見表2。

表2 工業(yè)廢水理化指標檢測方法

1.3 廢水綜合毒性指標檢測

本次試驗選擇Microtox Model 500 溫控毒性檢測儀進行廢水樣品的綜合毒性測定，檢測流程如圖1 所示。

圖1 廢水綜合毒性指標檢測流程

檢測前的預處理環(huán)節(jié)包括過濾、曝氣等，目的是降低廢水樣品的渾濁度，以及降低廢水中氯氣的含量，避免對最終的試驗結(jié)果產(chǎn)生干擾。完成預處理的廢水樣品，送入溫控毒性儀中進行檢測，具體操作方法如下：使用膠頭滴管量取1 ml 廢水溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入0.1 ml 的Microtox 發(fā)光細菌液（主要成分是質(zhì)量分數(shù)為2%的氯化鈉溶液）。兩種溶液充分反應30 min 后，用溫控毒性儀測定發(fā)光細菌的相對發(fā)光強度。為減小測定誤差，要求每一種廢水樣品都要重復測定3 遍，然后計算3 次測定結(jié)果的平均值[2]。觀察測定結(jié)果，對于相對發(fā)光強度低于50%的，結(jié)束測定并記錄結(jié)果；對于相對發(fā)光強度超過50%的，則使用81.9%Basic Test 方法進一步測定廢水樣品對發(fā)光細菌的“劑量-效應”曲線，并計算樣品溶液急性毒性的半數(shù)效應濃度EC50值，計算公式如下：

式中，TU 表示樣品溶液的急性毒性單位。

2 工業(yè)廢水綜合毒性檢測技術

2.1 綜合毒性評價標準

本文使用美國Microtox 毒性等級劃分標準，評價廢水中毒性物質(zhì)的綜合污染水平，毒性等級劃分標準見表3。

表3 Microtox 毒性等級劃分標準

2.2 工業(yè)廢水綜合毒性檢測與分析

10 家企業(yè)廢水樣品主要理化指標的檢測結(jié)果見表4。

表4 10 家企業(yè)廢水樣品的理化指標檢測結(jié)果

由表4 數(shù)據(jù)可知，除了紡織企業(yè)E 外，其他9 家企業(yè)排放廢水的pH 值均在6～9 之間，這與《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2018) 中規(guī)定的Ⅲ類水的pH值范圍一致。廢水凈化處理中不需要調(diào)節(jié)pH，綜合毒性達標后可直接排放，不會對自然環(huán)境的酸堿性造成明顯影響；而紡織企業(yè)E 排放廢水的pH 達到了9.60，堿性過強，這時因為印染環(huán)節(jié)要加入氫氧化鈉等堿性物質(zhì)軟化水，以便于染色，因此廢水呈堿性，在廢水凈化處理中除了降低毒性外，還要加入酸性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH 值[3]。

10 家企業(yè)排放廢水中COD 濃度在19.7～206.1 mgL 之間，對照《污水綜合排放標準》中的I 級標準，除石油加工企業(yè)J 輕度超標外，其他9 家企業(yè)均符合標準。

廢水中重金屬元素的測定結(jié)果中，除了礦物加工企業(yè)A 排放廢水中Hg 超標外，10 家企業(yè)排放廢水的重金屬含量均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中對于Ⅲ類水的標準。

銨態(tài)氮和磷酸鹽方面，飲料制造企業(yè)D 和化工企業(yè)H 排放廢水中銨態(tài)氮超標；礦物加工企業(yè)B 和飲料制造企業(yè)D 排放廢水中磷酸鹽超標。

將10 家企業(yè)處理后的廢水樣品與發(fā)光細菌充分反應30 min，然后使用儀器測定混合溶液中發(fā)光細菌的發(fā)光抑制率，根據(jù)儀器測定結(jié)果對照《Microtox 毒性等級劃分標準》，即可得到廢水綜合毒性的評價結(jié)果[4]。如圖2 所示。

圖2 廢水樣品綜合毒性檢測結(jié)果

2.2.1 礦物加工企業(yè)

2 家礦物加工企業(yè)中，A 企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為-37%，毒性等級為0 級，評價結(jié)果為無毒。B企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為69%，對照評價標準屬于“55≤K＜70”檔，毒性等級為Ⅲ級，評價結(jié)果為重毒。使用81.9%Basic Test 方法測定B 企業(yè)廢水樣品的EC50值，結(jié)果為12.3%；急性毒性單位TU 為8.12，表明B 企業(yè)排放廢水在稀釋8.12 倍后，對發(fā)光細菌會產(chǎn)生50%的發(fā)光抑制效應。

2.2.2 飲料制造企業(yè)

2 家飲料制造企業(yè)中，C 企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為-31%，毒性等級為0 級，評價結(jié)果為無毒；D企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為11%，毒性等級為I級，評價結(jié)果為低毒。產(chǎn)生上述差異的原因在于2 家企業(yè)對于廢水的處理工藝不同，D 企業(yè)采用好氧法處理廢水，而發(fā)光細菌本身屬于一種厭氧細菌，在有氧氣的情況下無法進行該反應，受到較為明顯的抑制，因此發(fā)光抑制率較高。而C 企業(yè)采用厭氧法凈化廢水，相應的發(fā)光抑制率較低。

2.2.3 紡織企業(yè)

2 家紡織企業(yè)中，E 企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為23%，毒性等級為I 級，評價結(jié)果為低毒；F 企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為-22%，毒性等級為0 級，評價結(jié)果為無毒。結(jié)合前文的廢水理化指標來看，這2 家企業(yè)排放廢水的各項理化指標均不存在超標情況。

2.2.4 化工企業(yè)

2 家化工企業(yè)中，G 企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為-8%，毒性等級為0 級，評價結(jié)果為無毒；H 企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為16%，毒性等級為I 級，評價結(jié)果為低毒。結(jié)合理化指標來看，H 企業(yè)排放廢水中銨態(tài)氮含量超標，廢水中的氮對發(fā)光細菌表現(xiàn)出較強的毒性效應，這是造成發(fā)光抑制率較高的原因[5]。

2.2.5 電力生產(chǎn)企業(yè)

電力生產(chǎn)企業(yè)I 排放廢水的發(fā)光抑制率為-15%，毒性等級為0 級，評價結(jié)果為無毒。廢水中氨、氮等有機物以及銅、砷等重金屬含量均較低，對發(fā)光細菌的毒性效應較弱，因此發(fā)光抑制率較低。

2.2.6 石油加工企業(yè)

石油加工企業(yè)L 排放廢水的發(fā)光抑制率為31%，毒性等級為II 級，評價結(jié)果為中毒。結(jié)合廢水理化指標來看，該企業(yè)排放廢水中COD 濃度超標，達到了206.1 mg/L，表明廢水中有機物濃度較高，對發(fā)光細菌的發(fā)光效應產(chǎn)生了明顯的抑制，因此發(fā)光抑制率較高。

結(jié)束語

理化指標和綜合毒性均能反映出工業(yè)廢水的水質(zhì)狀況，將兩者結(jié)合對企業(yè)排放廢水的特征以及環(huán)境危害性作出全面評價，才能為下一步的廢水凈化與治理提供可靠的參考。從試驗結(jié)果來看，廢水理化指標檢測結(jié)果與綜合毒性測定結(jié)果具有一致性，說明基于發(fā)光細菌法的工業(yè)廢水綜合毒性檢測技術具有實用價值。