北方某制药废水对发光细菌的急性毒性研究★

穆玉峰 高俊发 余若祯

(1.长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710061； 2.中国环境科学研究院，北京 100012)

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北方某制药废水对发光细菌的急性毒性研究★

穆玉峰1高俊发1余若祯2*

(1.长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710061； 2.中国环境科学研究院，北京 100012)

采用发光细菌法研究了北方某制药污水处理前后的急性毒性，对废水水质、进水水样、出水水样进行了分析，得出进水水样为极强/高毒废水，出水水样为低毒废水，生化处理有效降低了制药废水对发光细菌的急性毒性。

制药废水，发光细菌，急性毒性，评价

发光细菌法具有反应快、检测灵敏、操作方便、成本较低等优点，普遍应用于生物毒性的测定。发光细菌发光度与水样毒性组分总浓度呈显著负相关，因而可通过生物发光度测定水样发光度，以表示其急性毒性水平[1]。发光细菌法最先应用于评价药物的毒性作用[2]。随后这种毒性评价技术逐渐发展成熟，应用范围也更加广泛。王丽莎等采用发光细菌法测定了2个城市污水再生利用工艺中的生物毒性变化[2]。曾晓岚等在垃圾渗滤液的生物毒性测定中应用了发光细菌法[3]。目前，对制药废水进行发光细菌法的生物毒性评价还较为少见。李专等利用青海弧菌Q67对多个制药厂排放废水进行生物毒性评价，指出理化指标COD与生物毒性数据不存在相关性[4]。发达国家从20世纪70年代起已经开始利用发光细菌等生物，对排放废水进行生物毒性评价，并制定了相关标准。美国提出了废水急性毒性的评价指标单位TUa(acute toxic unit)，其与EC50的关系为TUa=100/EC50[5]。欧洲在2000年前后提出了最低无效应稀释度LID(Lowest Ineffective Dilution)[6]，LID描述了有毒废水对受试生物不产生毒害效应的稀释倍数。本研究采用发光细菌法评价了北方某制药厂污水处理厂进水和出水的生物毒性变化，通过EC50，TUa，LID值表征水样毒性强度，以期为制药工业废水的生物毒性评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 水样来源

本实验水样来自东北某制药厂2013年10月的污水处理厂废水，该厂废水的处理工艺为水解酸化→UNITANK→BAF。进水水样取自地下调节池，出水水样取自总排放出口。废水处理工艺流程如图1所示。

1.2 发光细菌

明亮发光杆菌T3小种(Photobacterium phosphorem T3spp.)，购自中国科学院南京土壤研究所。

1.3 试剂与仪器

氯化钠(NaCl，化学纯)。 DXY-2型生物毒性测定仪，冰点渗透压仪，真空过滤泵，玻璃滤器，容量瓶，烧杯，封口膜，玻璃纤维素膜，0.45 μm和0.22 μm硝酸纤维素微孔滤膜等。

1.4 样品处理

分别先后使用玻璃纤维素膜、0.45 μm硝酸纤维素滤膜、0.22 μm硝酸纤维素滤膜过滤。添加3%的氯化钠溶液，保证明亮发光杆菌T3小种细胞所需的渗透压。

参照ISO 11348-3[7]，设置3个平行。操作步骤参照GB/T 15441-1995水质—急性毒性的测定—发光细菌法进行[1]。

1.5 发光细菌试验

利用明亮发光杆菌冻干粉进行废水样品不同浓度的急性毒性研究。样品浓度设置根据空白样品的发光量L0和样品的发光量Li，计算样品的相对发光度Ii，即：

(1)

1.6 毒性评价

按照Coleman等根据样品浓度和发光细菌的发光度值EC50之间的关系，将受试物毒性进行分级。另外，一些研究用毒性单位TUa表示废水的毒性大小，并规定TUa<0.3时，排放废水对接纳水体的水生生物无急性影响；TUa>0.3，表示对环境有影响[8]。

2 结果与讨论

2.1 废水水质分析

该制药厂每天排放综合废水近3×104m3；高浓度有机废水主要排放于VC车间的洗罐、洗滤布、树脂再生、过滤洗涤、中和结晶等生产过程。进水、出水COD分别为931 mg/L，279 mg/L；氨氮分别为10.78 mg/L，8.16 mg/L。该污水处理厂的废水有机物浓度高、盐量大、成分复杂、抑制性物质多，具有生物降解难、有机物含量高等处理难度。本研究为随机采样，采样点废水pH，COD等常规理化指标测定结果如表1所示。

表1 采样点废水的理化数据

2.2 进水水样分析

地下调节池收集了各个车间的制药废水，废水在调节池中混合、均化、缓冲水质和水量。如图2所示，进水水样毒性非常大，浓度为4.17%时，发光细菌几乎已经被全部抑制，相对发光度仅为4%。当浓度稀释为0.39%时，相对发光度为97%，可认为此浓度水平下水样对发光细菌已无抑制效应。通过计算可知，该段废水的EC50=1.25±0.09%，TUa=80，LID=256。该制药厂废水混合了不同车间的制药废水，成分非常复杂，其中抗生素、抑制性物质含量很高，颜色近黑色，有强烈刺鼻气味。由于发光细菌对毒性物质非常灵敏，故得出的最低无效应稀释度LID值较大。

2.3 出水水样分析

经过水解酸化→UNITANK→BAF工艺的处理，废水水质得到有效改善。两级水解酸化过程将难降解大分子有机物转化为易降解小分子有机物。UNITANK生物处理工艺去除了废水中大部分溶解性有机物。二级好氧反应器BAF则去除了废水中剩余的有毒物质。如图3所示，出水水样毒性较进水水样已大幅减弱，废水浓度为50%时，相对发光度为37%。在浓度为6.25%时，相对发光度达到95%。通过计算可知，该段废水EC50=30.61±16.94%，TUa=2，LID=8。比较EC50，TUa，LID三项的值，出水水样的各指标均明显优于进水水样，与理化指标中COD，pH，氨氮值反映的现象一致。但是从图中也可发现，废水在4.2%浓度点，发光细菌的相对发光度为102%。出现这种现象有以下两种推测：1)在一定的低浓度范围内，有毒物质与发光细菌相互作用时，刺激效应超过毒性效应，促进了发光量增大，即低剂量兴奋作用；2)由于废水中含有某些营养盐类，在毒性很低的情况下，营养物质促进了发光细菌的生理活性，导致发光亮增大。

3 结论

1)进水水样毒性大，出水水样对发光细菌无明显抑制作用，水解酸化→UNITANK→BAF工艺能够有效地降低制药废水的生物毒性。2)发光细菌的发光抑制程度与水样理化指标具有一致性，COD、氨氮值减小的情况下，水样的生物毒性亦减小。3)在较低浓度范围内，废水对发光细菌的发光性具有促进作用。

4 待解决问题

1)发光细菌在指示工业废水毒性时，受废水中物质成分的影响，发光度不受抑制反被促进的现象有待研究。2)UNITANK作为核心工艺单元，废水处理效果受季节影响较大，尤其东北地区季节温差变化大，因此，其他季节的废水急性毒性应做进一步研究。

注：曹宇，冯津津，杜丽娜，曾萍参与了本文撰写工作。

[1] GB 15441-1995，水质 急性毒性的测定发光细菌法[S].

[2] 王丽莎，胡洪营.城市污水再生处理工艺中发光细菌毒性变化的初步研究[J].安全与环境学报，2006，6(1):72-73.

[3] 曾晓岚，陈 鑫，丁文川.发光细菌法在渗滤液生物毒性测定中的应用[J].环境科学与技术，2010，33(12):378-380.

[4] 李 专，刘 淼，王 霞.淡水发光菌对工业废水的生物毒性研究[J].中国环境监测，2011，27(S1):38-40.

[5] EPA 832-B-01-003.National whole effluent toxicity(WET)inplementation guidance under the NPDES program[S].

[6] ISO 11348-1. Water quality-determination of the inhibitory effect of water samples on the light emission of Vibrio fischeri[S].

[7] ISO 11348-3. Water quality-determination of the inhibitory effect of water samples on the light emission of Vibrio fischeri[S].

[8] 杜丽娜，杨 帆，穆玉峰.某制药废水对发光细菌急性毒性的评价研究[J].环境科学，2014，35(1):286-291.

Evaluation and study for the acute toxicity of pharmaceutical wastewater to luminescent bacteria in northern China★

MU Yu-feng1GAO Jun-fa1YU Ruo-zhen2*

(1.SchoolofEnvironmentSciencesandEngineering,Chang’anUniversity，Xi’an710061，China;2.ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences，Beijing100012，China)

Acute toxicity of influent and effluent samples of pharmaceutical sewage was studied by luminescent bacteria tests, analysis the waste water quality, influent and effluent, obtain the influent are extremely/highly toxic and the effluent are low toxic. The results indicate that the bio-treatment effectively reduced the acute toxicity of the pharmaceutical wastewater to luminescent bacteria.

pharmaceutical wastewater, luminescent bacteria, acute toxicity, evaluation

1009-6825(2014)07-0206-02

2013-12-22 ★：国家水体污染控制与治理科技重大专项(项目编号：2012ZX07501-003，2012ZX07202-002)；国家环境保护环境微生物利用与安全控制重点实验室开放基金资助(项目编号：MARC 2012D008)

穆玉峰(1987- )，男，在读硕士 高俊发(1961- )，男，教授； 余若祯(1969- )，女，副研究员

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