北方某制藥廢水對發光細菌的急性毒性研究★

穆玉峰 高俊發 余若禎

(1.長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710061； 2.中國環境科學研究院，北京 100012)

·園林·綠化·環保·

北方某制藥廢水對發光細菌的急性毒性研究★

穆玉峰1高俊發1余若禎2*

(1.長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710061； 2.中國環境科學研究院，北京 100012)

采用發光細菌法研究了北方某制藥污水處理前后的急性毒性，對廢水水質、進水水樣、出水水樣進行了分析，得出進水水樣為極強/高毒廢水，出水水樣為低毒廢水，生化處理有效降低了制藥廢水對發光細菌的急性毒性。

制藥廢水，發光細菌，急性毒性，評價

發光細菌法具有反應快、檢測靈敏、操作方便、成本較低等優點，普遍應用于生物毒性的測定。發光細菌發光度與水樣毒性組分總濃度呈顯著負相關，因而可通過生物發光度測定水樣發光度，以表示其急性毒性水平[1]。發光細菌法最先應用于評價藥物的毒性作用[2]。隨后這種毒性評價技術逐漸發展成熟，應用范圍也更加廣泛。王麗莎等采用發光細菌法測定了2個城市污水再生利用工藝中的生物毒性變化[2]。曾曉嵐等在垃圾滲濾液的生物毒性測定中應用了發光細菌法[3]。目前，對制藥廢水進行發光細菌法的生物毒性評價還較為少見。李專等利用青海弧菌Q67對多個制藥廠排放廢水進行生物毒性評價，指出理化指標COD與生物毒性數據不存在相關性[4]。發達國家從20世紀70年代起已經開始利用發光細菌等生物，對排放廢水進行生物毒性評價，并制定了相關標準。美國提出了廢水急性毒性的評價指標單位TUa(acute toxic unit)，其與EC50的關系為TUa=100/EC50[5]。歐洲在2000年前后提出了最低無效應稀釋度LID(Lowest Ineffective Dilution)[6]，LID描述了有毒廢水對受試生物不產生毒害效應的稀釋倍數。本研究采用發光細菌法評價了北方某制藥廠污水處理廠進水和出水的生物毒性變化，通過EC50，TUa，LID值表征水樣毒性強度，以期為制藥工業廢水的生物毒性評價提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 水樣來源

本實驗水樣來自東北某制藥廠2013年10月的污水處理廠廢水，該廠廢水的處理工藝為水解酸化→UNITANK→BAF。進水水樣取自地下調節池，出水水樣取自總排放出口。廢水處理工藝流程如圖1所示。

1.2 發光細菌

明亮發光桿菌T3小種(Photobacterium phosphorem T3spp.)，購自中國科學院南京土壤研究所。

1.3 試劑與儀器

氯化鈉(NaCl，化學純)。 DXY-2型生物毒性測定儀，冰點滲透壓儀，真空過濾泵，玻璃濾器，容量瓶，燒杯，封口膜，玻璃纖維素膜，0.45 μm和0.22 μm硝酸纖維素微孔濾膜等。

1.4 樣品處理

分別先后使用玻璃纖維素膜、0.45 μm硝酸纖維素濾膜、0.22 μm硝酸纖維素濾膜過濾。添加3%的氯化鈉溶液，保證明亮發光桿菌T3小種細胞所需的滲透壓。

參照ISO 11348-3[7]，設置3個平行。操作步驟參照GB/T 15441-1995水質—急性毒性的測定—發光細菌法進行[1]。

1.5 發光細菌試驗

利用明亮發光桿菌凍干粉進行廢水樣品不同濃度的急性毒性研究。樣品濃度設置根據空白樣品的發光量L0和樣品的發光量Li，計算樣品的相對發光度Ii，即：

(1)

1.6 毒性評價

按照Coleman等根據樣品濃度和發光細菌的發光度值EC50之間的關系，將受試物毒性進行分級。另外，一些研究用毒性單位TUa表示廢水的毒性大小，并規定TUa<0.3時，排放廢水對接納水體的水生生物無急性影響；TUa>0.3，表示對環境有影響[8]。

2 結果與討論

2.1 廢水水質分析

該制藥廠每天排放綜合廢水近3×104m3；高濃度有機廢水主要排放于VC車間的洗罐、洗濾布、樹脂再生、過濾洗滌、中和結晶等生產過程。進水、出水COD分別為931 mg/L，279 mg/L；氨氮分別為10.78 mg/L，8.16 mg/L。該污水處理廠的廢水有機物濃度高、鹽量大、成分復雜、抑制性物質多，具有生物降解難、有機物含量高等處理難度。本研究為隨機采樣，采樣點廢水pH，COD等常規理化指標測定結果如表1所示。

表1 采樣點廢水的理化數據

2.2 進水水樣分析

地下調節池收集了各個車間的制藥廢水，廢水在調節池中混合、均化、緩沖水質和水量。如圖2所示，進水水樣毒性非常大，濃度為4.17%時，發光細菌幾乎已經被全部抑制，相對發光度僅為4%。當濃度稀釋為0.39%時，相對發光度為97%，可認為此濃度水平下水樣對發光細菌已無抑制效應。通過計算可知，該段廢水的EC50=1.25±0.09%，TUa=80，LID=256。該制藥廠廢水混合了不同車間的制藥廢水，成分非常復雜，其中抗生素、抑制性物質含量很高，顏色近黑色，有強烈刺鼻氣味。由于發光細菌對毒性物質非常靈敏，故得出的最低無效應稀釋度LID值較大。

2.3 出水水樣分析

經過水解酸化→UNITANK→BAF工藝的處理，廢水水質得到有效改善。兩級水解酸化過程將難降解大分子有機物轉化為易降解小分子有機物。UNITANK生物處理工藝去除了廢水中大部分溶解性有機物。二級好氧反應器BAF則去除了廢水中剩余的有毒物質。如圖3所示，出水水樣毒性較進水水樣已大幅減弱，廢水濃度為50%時，相對發光度為37%。在濃度為6.25%時，相對發光度達到95%。通過計算可知，該段廢水EC50=30.61±16.94%，TUa=2，LID=8。比較EC50，TUa，LID三項的值，出水水樣的各指標均明顯優于進水水樣，與理化指標中COD，pH，氨氮值反映的現象一致。但是從圖中也可發現，廢水在4.2%濃度點，發光細菌的相對發光度為102%。出現這種現象有以下兩種推測：1)在一定的低濃度范圍內，有毒物質與發光細菌相互作用時，刺激效應超過毒性效應，促進了發光量增大，即低劑量興奮作用；2)由于廢水中含有某些營養鹽類，在毒性很低的情況下，營養物質促進了發光細菌的生理活性，導致發光亮增大。

3 結論

1)進水水樣毒性大，出水水樣對發光細菌無明顯抑制作用，水解酸化→UNITANK→BAF工藝能夠有效地降低制藥廢水的生物毒性。2)發光細菌的發光抑制程度與水樣理化指標具有一致性，COD、氨氮值減小的情況下，水樣的生物毒性亦減小。3)在較低濃度范圍內，廢水對發光細菌的發光性具有促進作用。

4 待解決問題

1)發光細菌在指示工業廢水毒性時，受廢水中物質成分的影響，發光度不受抑制反被促進的現象有待研究。2)UNITANK作為核心工藝單元，廢水處理效果受季節影響較大，尤其東北地區季節溫差變化大，因此，其他季節的廢水急性毒性應做進一步研究。

注：曹宇，馮津津，杜麗娜，曾萍參與了本文撰寫工作。

[1] GB 15441-1995，水質 急性毒性的測定發光細菌法[S].

[2] 王麗莎，胡洪營.城市污水再生處理工藝中發光細菌毒性變化的初步研究[J].安全與環境學報，2006，6(1):72-73.

[3] 曾曉嵐，陳 鑫，丁文川.發光細菌法在滲濾液生物毒性測定中的應用[J].環境科學與技術，2010，33(12):378-380.

[4] 李 專，劉 淼，王 霞.淡水發光菌對工業廢水的生物毒性研究[J].中國環境監測，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] 杜麗娜，楊 帆，穆玉峰.某制藥廢水對發光細菌急性毒性的評價研究[J].環境科學，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 ★：國家水體污染控制與治理科技重大專項(項目編號：2012ZX07501-003，2012ZX07202-002)；國家環境保護環境微生物利用與安全控制重點實驗室開放基金資助(項目編號：MARC 2012D008)

穆玉峰(1987- )，男，在讀碩士 高俊發(1961- )，男，教授； 余若禎(1969- )，女，副研究員

X703

A