基于發(fā)光細(xì)菌法的工業(yè)廢水綜合毒性檢測(cè)技術(shù)

蘇少林

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽）

發(fā)光細(xì)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(xì)菌法是利用發(fā)光細(xì)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(yán)重，則毒性越強(qiáng)。但是當(dāng)廢水中污染物以混合物形式存在時(shí)，發(fā)光細(xì)菌法的檢測(cè)精度會(huì)受到影響。因此在實(shí)際測(cè)定工業(yè)廢水的毒性時(shí)，需要將發(fā)光細(xì)菌法與傳統(tǒng)的理化指標(biāo)測(cè)定法相結(jié)合，保證工業(yè)廢水毒性測(cè)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(cè)分析方法（第四版）》中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。將采樣點(diǎn)設(shè)在排污口，對(duì)于污水深度超過1 m 的，從水深的1/4 處采樣；對(duì)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(fù)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(jìn)行采樣；采集的廢水樣品應(yīng)當(dāng)充滿樣品瓶，盡量保證瓶?jī)?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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行下一步的理化指標(biāo)檢測(cè)[1]。

1.2 廢水樣品理化指標(biāo)的檢測(cè)

試驗(yàn)中需要測(cè)定的廢水理化指標(biāo)主要有8 項(xiàng)，分別是pH 值、電導(dǎo)率、化學(xué)需氧量、銨態(tài)氮、磷酸鹽，以及銅、砷、汞3 種重金屬，各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)方法見表2。

表2 工業(yè)廢水理化指標(biāo)檢測(cè)方法

1.3 廢水綜合毒性指標(biāo)檢測(cè)

本次試驗(yàn)選擇Microtox Model 500 溫控毒性檢測(cè)儀進(jìn)行廢水樣品的綜合毒性測(cè)定，檢測(cè)流程如圖1 所示。

圖1 廢水綜合毒性指標(biāo)檢測(cè)流程

檢測(cè)前的預(yù)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(duì)最終的試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。完成預(yù)處理的廢水樣品，送入溫控毒性儀中進(jìn)行檢測(cè)，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(xì)菌液（主要成分是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的氯化鈉溶液）。兩種溶液充分反應(yīng)30 min 后，用溫控毒性儀測(cè)定發(fā)光細(xì)菌的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度。為減小測(cè)定誤差，要求每一種廢水樣品都要重復(fù)測(cè)定3 遍，然后計(jì)算3 次測(cè)定結(jié)果的平均值[2]。觀察測(cè)定結(jié)果，對(duì)于相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度低于50%的，結(jié)束測(cè)定并記錄結(jié)果；對(duì)于相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度超過50%的，則使用81.9%Basic Test 方法進(jìn)一步測(cè)定廢水樣品對(duì)發(fā)光細(xì)菌的“劑量-效應(yīng)”曲線，并計(jì)算樣品溶液急性毒性的半數(shù)效應(yīng)濃度EC50值，計(jì)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(cè)技術(shù)

2.1 綜合毒性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文使用美國(guó)Microtox 毒性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)廢水中毒性物質(zhì)的綜合污染水平，毒性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 Microtox 毒性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 工業(yè)廢水綜合毒性檢測(cè)與分析

10 家企業(yè)廢水樣品主要理化指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 10 家企業(yè)廢水樣品的理化指標(biāo)檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)》(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(dá)標(biāo)后可直接排放，不會(huì)對(duì)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(dá)到了9.60，堿性過強(qiáng)，這時(shí)因?yàn)橛∪经h(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(duì)照《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，除石油加工企業(yè)J 輕度超標(biāo)外，其他9 家企業(yè)均符合標(biāo)準(zhǔn)。

廢水中重金屬元素的測(cè)定結(jié)果中，除了礦物加工企業(yè)A 排放廢水中Hg 超標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)于Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)。

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(biāo)；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(biāo)。

將10 家企業(yè)處理后的廢水樣品與發(fā)光細(xì)菌充分反應(yīng)30 min，然后使用儀器測(cè)定混合溶液中發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光抑制率，根據(jù)儀器測(cè)定結(jié)果對(duì)照《Microtox 毒性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》，即可得到廢水綜合毒性的評(píng)價(jià)結(jié)果[4]。如圖2 所示。

圖2 廢水樣品綜合毒性檢測(cè)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(jí)為0 級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為無毒。B企業(yè)排放廢水的發(fā)光抑制率為69%，對(duì)照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)屬于“55≤K＜70”檔，毒性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為重毒。使用81.9%Basic Test 方法測(cè)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(duì)發(fā)光細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生50%的發(fā)光抑制效應(yīng)。

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(jí)為0 級(jí)，評(píng)價(jià)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(jí)為I級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為低毒。產(chǎn)生上述差異的原因在于2 家企業(yè)對(duì)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(xì)菌本身屬于一種厭氧細(xì)菌，在有氧氣的情況下無法進(jìn)行該反應(yīng)，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(yīng)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(jí)為I 級(jí)，評(píng)價(jià)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(jí)為0 級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為無毒。結(jié)合前文的廢水理化指標(biāo)來看，這2 家企業(yè)排放廢水的各項(xiàng)理化指標(biāo)均不存在超標(biāo)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(jí)為0 級(jí)，評(píng)價(jià)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(jí)為I 級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為低毒。結(jié)合理化指標(biāo)來看，H 企業(yè)排放廢水中銨態(tài)氮含量超標(biāo)，廢水中的氮對(duì)發(fā)光細(xì)菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的毒性效應(yīng)，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(jí)為0 級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為無毒。廢水中氨、氮等有機(jī)物以及銅、砷等重金屬含量均較低，對(duì)發(fā)光細(xì)菌的毒性效應(yīng)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(jí)為II 級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為中毒。結(jié)合廢水理化指標(biāo)來看，該企業(yè)排放廢水中COD 濃度超標(biāo)，達(dá)到了206.1 mg/L，表明廢水中有機(jī)物濃度較高，對(duì)發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光效應(yīng)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(biāo)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(duì)企業(yè)排放廢水的特征以及環(huán)境危害性作出全面評(píng)價(jià)，才能為下一步的廢水凈化與治理提供可靠的參考。從試驗(yàn)結(jié)果來看，廢水理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果與綜合毒性測(cè)定結(jié)果具有一致性，說明基于發(fā)光細(xì)菌法的工業(yè)廢水綜合毒性檢測(cè)技術(shù)具有實(shí)用價(jià)值。