發光細菌毒性法在電鍍廢水水質評估與預警中的應用

黃燦克 林天來

（溫州市環境監測中心站 浙江溫州 325000）

隨著電鍍、制革、制藥、化工等重污染產業飛速發展，工業廢水排放的毒性污染物呈現種類多樣、數量激增的趨勢，對環境的危害趨于復雜化和綜合化,污染物不僅破壞了水體理化指標，也對水體生物毒理性指標產生巨大影響。傳統的水質檢測手段難以快速、有效、全面地檢測、評估其對環境污染的嚴重性，有必要在利用常規理化指標進行監測的同時，利用生物毒性進行評估監測，以做到早期預警，根據檢測結果做出相應措施。

目前，發光細菌等生物毒性檢測法已成為一種新型的檢測手段，并逐步應用于重金屬[1-3]、造紙廢水[4]、印染[5]、電鍍廢水[6-7]等多種環境毒性檢測研究中。

電鍍是溫州六大重污染行業之一。本文對溫州電鍍基地的水樣進行發光細菌綜合毒性檢測，為該技術在我國環境監測更廣領域的應用提供參考。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料和監測地點

1.1.1 在線發光細菌毒性儀。

1.1.2 便攜式發光細菌毒性儀。

1.2 試驗測試方法和過程

以在線式毒性儀為例對水樣監測過程進行說明見表1。

表1 發光菌測試分析流程

1.3 試驗數據處理及評價方法

為了獲取有效的數據，儀器在檢測時需要符合以下幾個要求：

1）儀器的修正系數在0.6~1.3之間；

2）細菌的發光量必須大于50000，過低的發光量，誤差會變大；

3）和 ZnSO·47H2O（11mg/L）進行控制樣比對時，毒性測試值大于等于60%；

4）參考水樣的毒性值在-5%~5%之間；

2 結果與分析

溫州某電鍍基地工藝流程以及相應研究取水點如圖1所示。

圖1 電鍍廢水處理工藝流程圖(圖中陰影部分為采樣點)

2.1 電鍍原廢水毒性檢測與水質評價

從電鍍廠車間排出的電鍍廢水含有高濃度的重金屬離子，其他無機指標如總氮、總磷、氨氮、化學需氧量等含量也很高，廢水經過綜合處理之后，其污染物質的各項污染指標得到大幅度削減，其中重金屬和CN-下降最明顯見表2。

表2 各處理單元水質監測指標

表3 各處理單元水質監測指標相對應的生物毒性抑制率

2.1.1 生物綜合毒性隨著廢水中有毒物質的減少而降低

從電鍍車間排出含有高濃度的 Cu2+、Ni2+、CN-、TP、TN、NH4-N廢水，經過物化破氰處理之后，廢水中主要的重金屬離子Cu2+、Ni2+以及劇毒離子CN-濃度大幅降低，與之相對應的發光菌抑制率隨之降低，表明水質綜合毒性隨之降低。對廢水進行稀釋，測試其相對應的毒性值。把兩個階段的處理廢水按照相應的倍數進行稀釋，與EC50相對應稀釋倍數從9.27倍下降到3.85，相當于毒性值下降近3倍。

圖2 含氰廢水發光菌抑制率圖

圖3 氰沉出水發光菌抑制率

從整個處理流程來看，高濃度氰化物綜合廢水，經過物化、生化處理到排放，廢水中的毒性物質逐漸降低。從含氰廢水、氰沉出水、綜合廢水的稀釋測試毒性到最后達到低毒性值排放，說明電鍍廢水中有毒物質與發光細菌毒性值成相關性。

在數據表3中，隨著氰化物濃度的降低，出現發光細菌抑制率負數，表示促進發光細菌代謝，發出比空白參照物更強的光。這是因為有些低濃度的離子如CN-、Cu2+等有臨界濃度，如果低于臨界濃度會刺激細菌發光，高于臨界濃度則抑制細菌發光[8]。

2.1.2 綜合廢水的毒性強于含氰廢水

表4 含氰廢水和綜合廢水水質比較

在pH值、Cr6+濃度的差異顯著，而其他參數相差不大的情況下，綜合原水的達到EC50的稀釋倍數為26.7倍，遠高于含氰原水，說明綜合毒性遠大于含氰廢水；pH值、Cr6+濃度對發光細菌的綜合毒性比較大。

2.1.3 處理后排放水對環境毒性小，生物毒性和水質相關性差

從檢測數據看，該電鍍廢水排放的處理水監測不能達標排放，理化濃度指標屬于Ⅳ類水質，但生物綜合毒性卻顯示低毒。

2.2 綜合排放口水質毒性檢測與評價

選取溫州A、B、C、D這4家電鍍企業處理排放廢水，其中A廠廢水排城市污水處理廠水，另外3家廢水達標排放。其排放濃度和執行標準如表5。

表5 四家溫州電鍍企業排放口水質情況

由表5可知，各企業處理排放廢水中的CODcr、氨氮比較高，其他重金屬基本上能夠正常達標排放。由于電鍍廢水可生化性差，所以CODcr在實際情況下往往不達標。有些運維企業為了減少開支，二級破氰不完全，導致氨氮偏高。

將4家電鍍企業的處理排放廢水通過發光菌毒性測試，測試結果如圖4所示。

圖4 四家溫州電鍍企業排放口水質發光菌毒性抑制率比較

由圖4可知，4家電鍍企業排放出水生物毒性指標處于中低毒水平，C廠和D廠污染物質濃度低于A、B兩廠，表現出生物綜合毒性相對較低。A廠和B廠處于中毒水平，接近于低毒。由于A廠是截污納管到城市污水處理廠，其污染物消減率低，表現出總體的毒性值高于其他三家企業。C廠和D廠的毒性指標處于低毒水平；由于C廠排放出水中污染物總體濃度高于D廠，表現出C廠排放的廢水中生物毒性指標高于D廠。雖然4家企業的排放廢水中常規理化指標有差異，但是毒性差別不是很明顯。污染物濃度超標的電鍍廠處理排放水，對于發光菌的毒性檢測，基本上處于中低毒狀態。

3 討論

電鍍廢水原水含有高濃度的重金屬離子以及氰化物，發光菌在綜合原水和含氰原水毒性測試中全部致死，顯示為劇毒。在電鍍廢水各個處理單元的水質檢測中，各污染因子的量隨著處理工藝的進行而降低，發光菌的生物綜合毒性值也隨之降低，表明發光菌毒性值與常規理化指標數值呈正相關，發光菌抑制率從100%到15%，驗證了污染物濃度的降低。

電鍍處理廢水綜合排放口發光菌生物毒性顯示為中低毒，對環境影響不大。對于電鍍處理廢水對生物毒性評估，從國內不同的研究有不同的結論。董玉瑛、雷炳莉等[6]認為：電鍍廢水經處理工藝后,仍具有高毒性，隨意排放將會對環境造成危害。鄒葉娜等[9]認為：電鍍處理廢水對發光菌的綜合毒性為低毒。本人經過測試得出結論是中低毒。

[1]Hsieh,C.,et al.,Toxicity of the 13 priority pollutant metals to Vibrio fisheriin the Microtox chronic toxicity test.Scienceof thetotal environment,2004.320(1):37-50.

[2]楊正亮,等.水體重金屬污染研究現狀及治理技術.干旱地區農業研究,2005,23(1):219-222.

[3]Horvat,T.,etal.,Toxicityassessmentofheavymetalmixturesby Lemna minor L.Scienceofthetotalenvironment,2007.384(1):229-238.

[4]王敬哲,趙毅紅.發光細菌法測定造紙廢水的生物毒性.環境保護,1995,(4):24-25.

[5]董玉瑛,馮霄,王宗爽.發光細菌法測定有機工業廢水綜合毒性.化工環保,2005,25(1):65-67.

[6]董玉瑛,等.研究簡報鍍鉻化工廢水對發光菌的綜合毒性.Journal of Chemical Industry and Engineering(China),2007.

[7]鄒葉娜,等.成組生物毒性測試法綜合評價典型工業廢水毒性.生態毒理學報ISTIC,2012,7(4).

[8]朱文杰,鄭天凌,李偉民.發光細菌與環境毒性檢測.中國輕工業出版社,2009:122.

[9]鄒葉娜,等.常州市典型工業廢水綜合急性毒性評估.環境科學與管理,2012,37(7):167-169.