利用生物毒性在線監測系統監控和評價排水綜合毒性分析

張衡 湖北工程學院新技術學院

隨著我國工業化進程加快，各種工廠都飛速崛起，工業快速發展的同時，工業廢水的排放也格外引人注意。工業廢水需要經過一定的凈化處理后，在其達到排放標準后排出或再生回用，但雖然已達到排放標標準，仍會在凈化過后的水中含有一些新型的有毒有害污染物，如全氟類物質（PFCs）、消毒副產物等，其在水中殘留量很少，卻會在長期積累或暴露后使水體產生綜合污染或復合毒性現象，繼而對人類健康和生態環境造成較大影響[1]。本次研究將使用Toxcontrol 系統對某污水處理廠的排水進行綜合毒性檢測，將實驗數據作為日后應用此技術的數據支持。

1、材料與方法

1.1 儀器和試劑

使用儀器為Toxcontrol 系統（荷蘭microLAN 公司研發的生物在線毒性監測系統）與發光細菌毒性測定儀。

Toxcontrol 系統和發光細菌毒性測定儀使用發光細菌為海洋費氏弧菌凍干粉，復蘇液與滲透液均從業內知名企業購入；標準稀釋水為：ρ(CaCl2·2H2O)= 294.0 mg/L，ρ (MgSO4·7H2O) = 123.3 mg/L，ρ (NaHCO3）= 63.0 mg/L，ρ(KCl) = 5.5 mg/L；作為參考的有毒污染物為ZnSO4 ·7H2O 溶液。所用試劑也均從業內知名企業購入。

1.2 方法

1.2.1 研究對象和樣品采集

某污水處理廠具有處理4500t/d 工業廢水的規模，處理中的各類化工工業廢水CODCr 質量濃度也都較高（最高在20000mg/L），是較為典型的污染源，將其作為研究對象，并根據相關排水監測方法每隔4h 采集排水口出水進行研究，持續采集3d。

1.2.2 廢水常規理化指標監測

包括實驗室室內分析與污染源在線自動監控。實驗室室內分析pH 值（水質）、CODCr（水質）、NH3-N（氨氮）和TP（總磷），分別使用玻璃電極法、重鉻酸鹽法、納氏試劑分光光度法和鉬酸銨分光光度法。污染源在線自動監控在3d 內持續監控污水處理廠排水口出水[2]。

1.2.3 生物綜合毒性監測

①瞬時樣毒性監測。使用污水處理廠中初沉池和二沉池生化及排水口出水的瞬時樣品，同時使用Toxcontrol 系統和發光細菌毒性測定儀測試廢水中的毒性。

②發光細菌毒性監測。參考ISO 11348 的測試方法，將-20℃儲存的發光菌凍干粉在4℃存儲的稀釋液（1mL）復蘇15min，取用0.1mL 復蘇菌液，使用發光細菌毒性測定儀檢測其發光強度（發光強度≥100 萬光子數可用，小于100 萬光子數的必須更換凍干粉菌種）。取1mL 水樣，往里加入0.1mL 滲透液混勻，更換檢測儀B 模式進行測試，先檢測0.1 mL 復蘇菌液的發光強度，再檢測滲透調節后的0.9mL 水樣與 0.1 mL 復蘇菌液混勻經恒溫 15 min 擺放后的相對發光度。根據發光強度前后變化來計算樣品的相對發光度。

陰性對照使用標準稀釋水，陽性對照使用的ZnSO4 ·7H2O 溶液毒性應在20% ～ 80%。

③ Toxcontrol 系統在線毒性監測。使用1 臺 Toxcontrol 系統分別監測某污水處理廠初沉池和二沉池生化及排水口出水的綜合毒性，使用水泵抽取3 個地方的出水，通過PVC 軟管將廢水Toxcontrol 系統作為測試水樣，使用孵化后的費氏弧菌凍干粉持續1d 進行發光細菌毒性檢測。每次檢測完之后要清洗維護PVC 軟管，連續在線毒性監測結果可以利用 Toxcontrol 系統中的Toxview 軟件導出。

陰性對照使用標準稀釋水，陽性對照使用ZnSO4 ·7H2O 溶液質量濃度為11.17 g/L[3]。

1.3 數據處理

于實驗室分析數據時每組重復3 次獲取3 組數據，并應用Wps Office 表格和圖表分析平均值、標準偏差和圖表繪制。

2.結果

2.1 廢水理化監測指標結果

連續監測每天的6 批實驗室污水樣本，得出：pH 值為 7.0～8.0，CODCr 質量濃度為 53 ～ 80mg/L，NH3-N 質量濃度為 0.38 ～2.01 mg/L，TP 質量濃度為 0.20 ～ 0.48mg/L。在線污染源監測系統每隔 2h 檢測1 次，連續監測 3 d，排水口出水的 CODCr 質量濃度為 57 ～ 70 mg/L，NH3-N 質量濃度為 1.19 ～ 2.02 mg/L，TP 質量濃度為 0.19 ～ 0.41mg/L，符合排放標準。

2.2 生物在線綜合毒性測試結果

生物在線綜合毒性測試結果如圖1，初沉池、二沉池和排水口出水的光損值分別為 98.79%，72.78%和 99.99%。

圖1 生物在線綜合毒性檢測瞬時樣品毒性

3、結語

傳統的水質評價和檢測方法只能評定污染物濃度，并不能檢測出污染物對環境的威脅，而生物毒性檢測方法能夠有效檢測水體中所有污染物的綜合生物效應，繼而更直觀得出水質的安全評價。而基于發光細菌毒性檢測技術發展起來的生物毒性在線監測技術已經轉成為檢測水質的關鍵性技術，特別是來源于荷蘭microLAN 公司研發的Toxcontrol 系統，其具有快速、廉價的優點，已經廣泛應用于國外的各處水質檢測，而國內在2008 年北京奧運會和2012 年上海世博會時已經應用過Toxcontrol 系統，并取得較好實驗效果，但目前還是缺乏將Toxcontrol 系統應用于污水處理廠的排水綜合毒性檢測方面，本研究中就將研究Toxcontrol 系統的應用。

經研究發現，某污水處理廠的CODCr、NH3-N 、TP 均符合排放標準，但排水中的毒性卻非常高，很容易對人體和生態環境造成危害，因此，在控制廢水中的污染物濃度時，也要重視廢水中的生物毒性管理，將水質毒性監控作為監測重點，繼而有效控制工業廢水污染。

本研究中使用Toxcontrol 系統監測發現初沉池、二沉池和排水口出水毒性較高，也能彌補常規理化指標的不足，結合化學方式和生物學指標，更準確的反應廢水的生態安全性，也能為日后使用Toxcontrol 系統提供技術和數據支持。