基于发光细菌法的工业废水综合毒性检测技术.pdf

2023.22 科学技术创新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 2030、pH 值 69 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。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作者简介：苏少林（1974-），男，研究生，副教授，研究方向：水环境监测与治理。摘要：本文选择 10 家企业采集工业废水，并使用便携式水质分析仪、纳氏试剂光度计等测定了废水样品的 pH 值、电导率、化学需氧量等 8 项理化指标。同时，向预处理后的废水中加入发光细菌液，使用温控毒性检测仪检测废水样品的发光抑制率，并参照 Microtox 毒性等级划分标准 进行毒性等级划分。结果表明，10 家企业中矿物加工企业 B、饮料制造企业 D、纺织企业 E、化工企业 H、石油加工企业 J 的废水存在毒性，与理化指标检测结果具有一致性。其中矿物加工企业 B 排放废水的毒性等级为芋级，评价结果为重毒，需要改进废水净化工艺以降低废水排放对环境的污染。关键词：发光细菌法；工业废水；综合毒性检测；温控毒性检测仪中图分类号院X832文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤22-0061-04企业编号 企业性质 样品性质 A 污水处理 工业废水 矿物加工企业 B 钢绳制造 工业废水 C 啤酒生产 污水处理站出水 饮料制造企业 D 啤酒生产 工业废水 E 印染 工业废水 纺织企业 F 服装生产 工业废水 G 碳纤维制造 停业整顿，生活污水 化工企业 H 化学药剂生产 污水处理厂出水 电力生产企业 I 热力生产与供暖 生活污水、工业废水 石油加工企业 J 润滑油生产 污水处理站存水 表 1工业废水采样企业信息序号 理化指标 检测方法 1 pH 值、电导率 EC 便携式水质分析仪 2 化学需氧量 COD 快速密闭催化消解法 3 铜 Cu、砷 As 等重金属 等离子体发射光谱法 4 铵态氮 NH4+-N、磷酸盐 PO43-P 纳氏试剂光度法 61-科学技术创新 2023.221.3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 3Microtox 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。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 69 之间，这与 地表水环境质量标准(GB3838-2018)中规定的类水的 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 19.7206.1mgL 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50100TUEC毒性等级 发光抑制率 K(%)毒性强度 0 K10 无毒 10K30 低毒 30K50 中毒 55K70 重毒 70K100 高毒 K=100 剧毒 编号 pH EC COD Cu As Hg NH4+-N PO43-P 单位/s/cm mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L A 8.22 2066 47.6/0.044 0.174 0.85 0.14 B 7.08 759 27.0 0.005 0.056 0.005 5.36 1.71 C 7.81 4031 42.0/0.001 0.10 0.08 D 8.11 2074 130.1 0.001/0.005 28.56 1.70 E 9.60 1805 70.1 0.010/0.004 1.75 0.51 F 7.61 5703 27.0/0.022 0.006 1.51 0.55 G 8.17 1507 19.7/0.003 1.95 0.55 H 7.82 602 76.5 0.004 0.002 0.017 18.64 0.46 I 6.88 580 20.0/0.045 0.002 0.94 0.26 J 7.79 885 206.1/0.009/4.58/表 410 家企业废水样品的理化指标检测结果62-2023.22 科学技术创新准。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。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“55K70”档，毒性等级为级，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图 2废水样品综合毒性检测结果63-科学技术创新 2023.22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。参考文献1宋张杨，韦昊，魏玥，等.发光细菌法在煤化工废污水急性毒性评价中的应用J.工业水处理，2022(1):5-7.2李刚，施玉格，刘喜.基于发光细菌法的油田钻井液生物毒性测试探讨J.干旱环境监测，2022(3):36-38.3杨俊杰，刘瑞浩，杨子彦.工业废水水质综合评价研究基于理化指标和生物毒性分析J.环境保护科学，2022(3):48-50.4魏玉霞，卢延娜，王海燕.废水综合毒性指标在农药工业水污染物排放标准中的应用研究 J.给水排水，2022(6):48-50.5赵淑红.化学检验技术在工业废水成分检测中的有效应用J.科研，2022(14):88-89.Comprehensive Toxicity DetectionTechnology of Industrial Wastewater Basedon Luminescent Bacteria MethodSu Shaolin（Yangling Vocational and Technical College,Xianyang,China）Abstract:In this paper,10 enterprises were selected to collect industrial wastewater,and the pH value,electrical conductivity,chemical oxygen demand and other 8 physical and chemical indexes of wastewatersamples were determined by portable water quality analyzer and Nessler reagent photometer.At the sametime,luminescent bacterial liquid was added to the pre-treated wastewater,and the luminescent inhibitionrate of wastewater samples was detected by a temperature-controlled toxicity detector,and the toxicity gradewas classified according to the Microtox Toxicity Grade Classification Standard.The results showed that thetoxicity of wastewater from mineral processing enterprise B,beverage manufacturing enterprise D,textileenterpriseE,chemicalenterpriseHandpetroleumprocessingenterpriseJwasconsistentwiththephysicochemical index.Among them,the toxicity level of the wastewater discharged from mineral processingenterprise B is 芋,and the evaluation result is very toxic,so it is necessary to improve the wastewaterpurification process to reduce the pollution to the environment.Key words:luminescent bacteria method;industrial wastewater;comprehensive toxicity detection;temper-ature control toxicity detector64-