基于发光细菌法的工业废水综合毒性检测技术

苏少林

（杨凌职业技术学院，陕西 咸阳）

发光细菌是一种在正常条件下可以发射可见荧光的厌氧菌，适宜生活在20～30 ℃、pH 值6～9 的环境中。发光细菌法是利用发光细菌受到环境中不同物质刺激后发光情况的抑制效果，判断物质含量的高度和毒性的大小。通常情况下，抑制越严重，则毒性越强。但是当废水中污染物以混合物形式存在时，发光细菌法的检测精度会受到影响。因此在实际测定工业废水的毒性时，需要将发光细菌法与传统的理化指标测定法相结合，保证工业废水毒性测定结果的精确性。

1 材料与方法

1.1 废水样品的采集与保存

废水样品来自于某地10 家企业，其中2 家为矿物加工、2 家为饮料制造企业、2 家为纺织企业、2 家为化工企业、1 家为电力生产企业、1 家为石油加工企业，企业与废水样品性质见表1。

表1 工业废水采样企业信息

10 份废水样品的采集均按照《水和废水监测分析方法（第四版）》中的有关规定进行。将采样点设在排污口，对于污水深度超过1 m 的，从水深的1/4 处采样；对于深度不足1 m 的，在水深的1/2 处采样。采样前，使用去离子水反复冲洗采水器；如果水面有泡沫或其他漂浮物，需要去除后再插入采水器进行采样；采集的废水样品应当充满样品瓶，尽量保证瓶内无空气。完成废水样品的采集后，将样品瓶密封保存，放置在保温箱（温度维持在5 ℃左右）中，送至实验室进行下一步的理化指标检测[1]。

1.2 废水样品理化指标的检测

试验中需要测定的废水理化指标主要有8 项，分别是pH 值、电导率、化学需氧量、铵态氮、磷酸盐，以及铜、砷、汞3 种重金属，各项指标的检测方法见表2。

表2 工业废水理化指标检测方法

1.3 废水综合毒性指标检测

本次试验选择Microtox Model 500 温控毒性检测仪进行废水样品的综合毒性测定，检测流程如图1 所示。

图1 废水综合毒性指标检测流程

检测前的预处理环节包括过滤、曝气等，目的是降低废水样品的浑浊度，以及降低废水中氯气的含量，避免对最终的试验结果产生干扰。完成预处理的废水样品，送入温控毒性仪中进行检测，具体操作方法如下：使用胶头滴管量取1 ml 废水溶液置于烧杯中，再向烧杯中加入0.1 ml 的Microtox 发光细菌液（主要成分是质量分数为2%的氯化钠溶液）。两种溶液充分反应30 min 后，用温控毒性仪测定发光细菌的相对发光强度。为减小测定误差，要求每一种废水样品都要重复测定3 遍，然后计算3 次测定结果的平均值[2]。观察测定结果，对于相对发光强度低于50%的，结束测定并记录结果；对于相对发光强度超过50%的，则使用81.9%Basic Test 方法进一步测定废水样品对发光细菌的“剂量-效应”曲线，并计算样品溶液急性毒性的半数效应浓度EC50值，计算公式如下：

式中，TU 表示样品溶液的急性毒性单位。

2 工业废水综合毒性检测技术

2.1 综合毒性评价标准

本文使用美国Microtox 毒性等级划分标准，评价废水中毒性物质的综合污染水平，毒性等级划分标准见表3。

表3 Microtox 毒性等级划分标准

2.2 工业废水综合毒性检测与分析

10 家企业废水样品主要理化指标的检测结果见表4。

表4 10 家企业废水样品的理化指标检测结果

由表4 数据可知，除了纺织企业E 外，其他9 家企业排放废水的pH 值均在6～9 之间，这与《地表水环境质量标准》(GB3838-2018) 中规定的Ⅲ类水的pH值范围一致。废水净化处理中不需要调节pH，综合毒性达标后可直接排放，不会对自然环境的酸碱性造成明显影响；而纺织企业E 排放废水的pH 达到了9.60，碱性过强，这时因为印染环节要加入氢氧化钠等碱性物质软化水，以便于染色，因此废水呈碱性，在废水净化处理中除了降低毒性外，还要加入酸性物质调节pH 值[3]。

10 家企业排放废水中COD 浓度在19.7～206.1 mgL 之间，对照《污水综合排放标准》中的I 级标准，除石油加工企业J 轻度超标外，其他9 家企业均符合标准。

废水中重金属元素的测定结果中，除了矿物加工企业A 排放废水中Hg 超标外，10 家企业排放废水的重金属含量均符合《地表水环境质量标准》中对于Ⅲ类水的标准。

铵态氮和磷酸盐方面，饮料制造企业D 和化工企业H 排放废水中铵态氮超标；矿物加工企业B 和饮料制造企业D 排放废水中磷酸盐超标。

将10 家企业处理后的废水样品与发光细菌充分反应30 min，然后使用仪器测定混合溶液中发光细菌的发光抑制率，根据仪器测定结果对照《Microtox 毒性等级划分标准》，即可得到废水综合毒性的评价结果[4]。如图2 所示。

图2 废水样品综合毒性检测结果

2.2.1 矿物加工企业

2 家矿物加工企业中，A 企业排放废水的发光抑制率为-37%，毒性等级为0 级，评价结果为无毒。B企业排放废水的发光抑制率为69%，对照评价标准属于“55≤K＜70”档，毒性等级为Ⅲ级，评价结果为重毒。使用81.9%Basic Test 方法测定B 企业废水样品的EC50值，结果为12.3%；急性毒性单位TU 为8.12，表明B 企业排放废水在稀释8.12 倍后，对发光细菌会产生50%的发光抑制效应。

2.2.2 饮料制造企业

2 家饮料制造企业中，C 企业排放废水的发光抑制率为-31%，毒性等级为0 级，评价结果为无毒；D企业排放废水的发光抑制率为11%，毒性等级为I级，评价结果为低毒。产生上述差异的原因在于2 家企业对于废水的处理工艺不同，D 企业采用好氧法处理废水，而发光细菌本身属于一种厌氧细菌，在有氧气的情况下无法进行该反应，受到较为明显的抑制，因此发光抑制率较高。而C 企业采用厌氧法净化废水，相应的发光抑制率较低。

2.2.3 纺织企业

2 家纺织企业中，E 企业排放废水的发光抑制率为23%，毒性等级为I 级，评价结果为低毒；F 企业排放废水的发光抑制率为-22%，毒性等级为0 级，评价结果为无毒。结合前文的废水理化指标来看，这2 家企业排放废水的各项理化指标均不存在超标情况。

2.2.4 化工企业

2 家化工企业中，G 企业排放废水的发光抑制率为-8%，毒性等级为0 级，评价结果为无毒；H 企业排放废水的发光抑制率为16%，毒性等级为I 级，评价结果为低毒。结合理化指标来看，H 企业排放废水中铵态氮含量超标，废水中的氮对发光细菌表现出较强的毒性效应，这是造成发光抑制率较高的原因[5]。

2.2.5 电力生产企业

电力生产企业I 排放废水的发光抑制率为-15%，毒性等级为0 级，评价结果为无毒。废水中氨、氮等有机物以及铜、砷等重金属含量均较低，对发光细菌的毒性效应较弱，因此发光抑制率较低。

2.2.6 石油加工企业

石油加工企业L 排放废水的发光抑制率为31%，毒性等级为II 级，评价结果为中毒。结合废水理化指标来看，该企业排放废水中COD 浓度超标，达到了206.1 mg/L，表明废水中有机物浓度较高，对发光细菌的发光效应产生了明显的抑制，因此发光抑制率较高。

结束语

理化指标和综合毒性均能反映出工业废水的水质状况，将两者结合对企业排放废水的特征以及环境危害性作出全面评价，才能为下一步的废水净化与治理提供可靠的参考。从试验结果来看，废水理化指标检测结果与综合毒性测定结果具有一致性，说明基于发光细菌法的工业废水综合毒性检测技术具有实用价值。