穆玉峰 高俊發(fā) 余若禎

(1.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710061； 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012)

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北方某制藥廢水對發(fā)光細(xì)菌的急性毒性研究★

穆玉峰1高俊發(fā)1余若禎2*

(1.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710061； 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012)

采用發(fā)光細(xì)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(zhì)、進(jìn)水水樣、出水水樣進(jìn)行了分析，得出進(jìn)水水樣為極強(qiáng)/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(fā)光細(xì)菌的急性毒性。

制藥廢水，發(fā)光細(xì)菌，急性毒性，評價

發(fā)光細(xì)菌法具有反應(yīng)快、檢測靈敏、操作方便、成本較低等優(yōu)點，普遍應(yīng)用于生物毒性的測定。發(fā)光細(xì)菌發(fā)光度與水樣毒性組分總濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，因而可通過生物發(fā)光度測定水樣發(fā)光度，以表示其急性毒性水平[1]。發(fā)光細(xì)菌法最先應(yīng)用于評價藥物的毒性作用[2]。隨后這種毒性評價技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，應(yīng)用范圍也更加廣泛。王麗莎等采用發(fā)光細(xì)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(yīng)用了發(fā)光細(xì)菌法[3]。目前，對制藥廢水進(jìn)行發(fā)光細(xì)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(jìn)行生物毒性評價，指出理化指標(biāo)COD與生物毒性數(shù)據(jù)不存在相關(guān)性[4]。發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)70年代起已經(jīng)開始利用發(fā)光細(xì)菌等生物，對排放廢水進(jìn)行生物毒性評價，并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。美國提出了廢水急性毒性的評價指標(biāo)單位TUa(acute toxic unit)，其與EC50的關(guān)系為TUa=100/EC50[5]。歐洲在2000年前后提出了最低無效應(yīng)稀釋度LID(Lowest Ineffective Dilution)[6]，LID描述了有毒廢水對受試生物不產(chǎn)生毒害效應(yīng)的稀釋倍數(shù)。本研究采用發(fā)光細(xì)菌法評價了北方某制藥廠污水處理廠進(jìn)水和出水的生物毒性變化，通過EC50，TUa，LID值表征水樣毒性強(qiáng)度，以期為制藥工業(yè)廢水的生物毒性評價提供理論依據(jù)。

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(jìn)水水樣取自地下調(diào)節(jié)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(fā)光細(xì)菌

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

1.3 試劑與儀器

氯化鈉(NaCl，化學(xué)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(fā)光桿菌T3小種細(xì)胞所需的滲透壓。

參照ISO 11348-3[7]，設(shè)置3個平行。操作步驟參照GB/T 15441-1995水質(zhì)—急性毒性的測定—發(fā)光細(xì)菌法進(jìn)行[1]。

1.5 發(fā)光細(xì)菌試驗

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

(1)

1.6 毒性評價

按照Coleman等根據(jù)樣品濃度和發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光度值EC50之間的關(guān)系，將受試物毒性進(jìn)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(guī)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(huán)境有影響[8]。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢水水質(zhì)分析

該制藥廠每天排放綜合廢水近3×104m3；高濃度有機(jī)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(jié)晶等生產(chǎn)過程。進(jìn)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(jī)物濃度高、鹽量大、成分復(fù)雜、抑制性物質(zhì)多，具有生物降解難、有機(jī)物含量高等處理難度。本研究為隨機(jī)采樣，采樣點廢水pH，COD等常規(guī)理化指標(biāo)測定結(jié)果如表1所示。

表1 采樣點廢水的理化數(shù)據(jù)

2.2 進(jìn)水水樣分析

地下調(diào)節(jié)池收集了各個車間的制藥廢水，廢水在調(diào)節(jié)池中混合、均化、緩沖水質(zhì)和水量。如圖2所示，進(jìn)水水樣毒性非常大，濃度為4.17%時，發(fā)光細(xì)菌幾乎已經(jīng)被全部抑制，相對發(fā)光度僅為4%。當(dāng)濃度稀釋為0.39%時，相對發(fā)光度為97%，可認(rèn)為此濃度水平下水樣對發(fā)光細(xì)菌已無抑制效應(yīng)。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(fù)雜，其中抗生素、抑制性物質(zhì)含量很高，顏色近黑色，有強(qiáng)烈刺鼻氣味。由于發(fā)光細(xì)菌對毒性物質(zhì)非常靈敏，故得出的最低無效應(yīng)稀釋度LID值較大。

2.3 出水水樣分析

經(jīng)過水解酸化→UNITANK→BAF工藝的處理，廢水水質(zhì)得到有效改善。兩級水解酸化過程將難降解大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解小分子有機(jī)物。UNITANK生物處理工藝去除了廢水中大部分溶解性有機(jī)物。二級好氧反應(yīng)器BAF則去除了廢水中剩余的有毒物質(zhì)。如圖3所示，出水水樣毒性較進(jìn)水水樣已大幅減弱，廢水濃度為50%時，相對發(fā)光度為37%。在濃度為6.25%時，相對發(fā)光度達(dá)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(biāo)均明顯優(yōu)于進(jìn)水水樣，與理化指標(biāo)中COD，pH，氨氮值反映的現(xiàn)象一致。但是從圖中也可發(fā)現(xiàn)，廢水在4.2%濃度點，發(fā)光細(xì)菌的相對發(fā)光度為102%。出現(xiàn)這種現(xiàn)象有以下兩種推測：1)在一定的低濃度范圍內(nèi)，有毒物質(zhì)與發(fā)光細(xì)菌相互作用時，刺激效應(yīng)超過毒性效應(yīng)，促進(jìn)了發(fā)光量增大，即低劑量興奮作用；2)由于廢水中含有某些營養(yǎng)鹽類，在毒性很低的情況下，營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)了發(fā)光細(xì)菌的生理活性，導(dǎo)致發(fā)光亮增大。

3 結(jié)論

1)進(jìn)水水樣毒性大，出水水樣對發(fā)光細(xì)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(fā)光細(xì)菌的發(fā)光抑制程度與水樣理化指標(biāo)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(nèi)，廢水對發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光性具有促進(jìn)作用。

4 待解決問題

1)發(fā)光細(xì)菌在指示工業(yè)廢水毒性時，受廢水中物質(zhì)成分的影響，發(fā)光度不受抑制反被促進(jìn)的現(xiàn)象有待研究。2)UNITANK作為核心工藝單元，廢水處理效果受季節(jié)影響較大，尤其東北地區(qū)季節(jié)溫差變化大，因此，其他季節(jié)的廢水急性毒性應(yīng)做進(jìn)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(zhì) 急性毒性的測定發(fā)光細(xì)菌法[S].

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

[3] 曾曉嵐，陳 鑫，丁文川.發(fā)光細(xì)菌法在滲濾液生物毒性測定中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33(12):378-380.

[4] 李 專，劉 淼，王 霞.淡水發(fā)光菌對工業(yè)廢水的生物毒性研究[J].中國環(huán)境監(jiān)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(fā)光細(xì)菌急性毒性的評價研究[J].環(huán)境科學(xué)，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(huán)境保護(hù)環(huán)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(fā)(1961- )，男，教授； 余若禎(1969- )，女，副研究員

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