圖 1 各采樣點(diǎn)在處理工藝中的分布情況

　　1.2 發(fā)光細(xì)菌

　　明亮發(fā)光桿菌T3小種(Photobacterium phosphorem T3 spp.)，屬于海洋發(fā)光細(xì)菌，購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.

　　1.3 主要試劑與儀器

　　氯化鈉(NaCl，化學(xué)純).

　　冰點(diǎn)滲透壓儀，DXY-2型生物毒性測(cè)定儀，真空過(guò)濾泵，玻璃濾器，保溫箱，4 L玻璃膜口瓶，封口膜，玻璃纖維素膜等.

　　1.4 樣品處理

　　水樣經(jīng)玻璃纖維素膜，去除大顆粒雜質(zhì). 按照1.45 g ·(100 mL)-1廢水比例添加氯化鈉，相當(dāng)于3 g ·(100 mL)-1氯化鈉溶液的冰點(diǎn)滲透壓，以保證明亮發(fā)光桿菌T3小種細(xì)胞所需的滲透壓，避免滲透壓對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響.

　　1.5 發(fā)光細(xì)菌試驗(yàn)

　　利用明亮發(fā)光桿菌凍干粉進(jìn)行廢水不同樣品不同濃度的急性毒性研究. 樣品濃度設(shè)置參照ISO 11348-3[20]的方法交叉等級(jí)稀釋，設(shè)置2個(gè)平行. 操作步驟嚴(yán)格參照《水質(zhì)-急性毒性的測(cè)定-發(fā)光細(xì)菌法》(GB/T 15441-1995)進(jìn)行，并根據(jù)要求，利用HgCl2對(duì)本研究所用發(fā)光細(xì)菌進(jìn)行敏感性評(píng)價(jià)[21].

　　根據(jù)空白樣品的發(fā)光量L0和樣品的發(fā)光量Li，計(jì)算樣品的相對(duì)發(fā)光度Ii，即：

　　利用Origin 7.5軟件繪制樣品濃度與發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度的關(guān)系曲線圖.

　　1.6 毒性評(píng)價(jià)

　　Coleman等[22]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(jí)，如表 1所示.

　　表 1 受試物毒性等級(jí)

　　表 2 工業(yè)廢水生物毒性分級(jí)

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 廢水水質(zhì)分析

　　根據(jù)該廢水處理廠常年檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，合成廢水的COD值較高，平均為26 721 mg ·L-1，流量較小，為39 m3 ·d-1，氨氮含量較高，為1 760 mg ·L-1; 綜合廢水COD值較低，平均為4 006 mg ·L-1，流量較大，為1 833 m3 ·d-1，氨氮含量較低，為21 mg ·L-1. 該廢水處理廠水中含有大量的抗生素和有機(jī)物，具有生物降解難、 有機(jī)物含量高等特點(diǎn). 本研究為隨機(jī)采樣，采樣點(diǎn)廢水pH、 COD等常規(guī)理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如表 3所示.

　　表 3 采樣點(diǎn)廢水的理化數(shù)據(jù) 1)

　　2.2 地下調(diào)節(jié)池水樣分析

　　地下調(diào)節(jié)池是廢水處理工藝的第一段工藝，調(diào)節(jié)制藥廠瞬時(shí)綜合廢水的流量，即1號(hào)水樣. 如圖 2所示，此處廢水毒性較大，濃度為100%時(shí)，發(fā)光細(xì)菌的相對(duì)發(fā)光度為19.41%. 廢水毒性作用范圍較寬，濃度稀釋至0.07%時(shí)，相對(duì)發(fā)光度為103.90%. 通過(guò)計(jì)算可知，該段廢水的EC50=3.44%，TUa=29，LID=625. 該工藝的廢水主要是制藥廢水，其中抗生素含量較高，對(duì)發(fā)光細(xì)菌的毒性較大，故得出的最低無(wú)效應(yīng)稀釋度較大. 本研究所用菌種HgCl2的EC50=0.10 mg ·L-1，符合國(guó)標(biāo)中試驗(yàn)菌種的敏感性要求[21].

　　圖 2 1號(hào)水樣不同濃度的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度

　　2.3 地上調(diào)節(jié)池水樣分析

　　地上調(diào)節(jié)池是廢水處理工藝的第二段流程，收納了經(jīng)過(guò)地下調(diào)節(jié)池處理并沉淀后的廢水和一部分合成廢水，即2號(hào)水樣. 如圖 3所示，該處的廢水毒性較1號(hào)水樣毒性更大，廢水濃度為100%時(shí)，相對(duì)發(fā)光度僅為10.78%. 毒性作用范圍較1號(hào)水樣更加寬泛，在濃度為0.03%時(shí)，相對(duì)發(fā)光度為101.30%. 通過(guò)計(jì)算可知，該段廢水EC50=2.46%，TUa=41，LID=244. 比較1號(hào)和2號(hào)水樣的毒性數(shù)據(jù)可知，根據(jù)EC50鑒別廢水的毒性，2號(hào)水樣的生物毒性略高于1號(hào)，與理化指標(biāo)中COD反映的現(xiàn)象一致. 由于地上調(diào)節(jié)池中混入了合成廢水，污染物成分更加復(fù)雜，有可能產(chǎn)生聯(lián)合毒性效應(yīng)，對(duì)發(fā)光細(xì)菌的影響更為明顯，毒性抑制作用更大. 從圖 3中亦可看出，此段廢水在0.07%和0.16%濃度點(diǎn)，發(fā)光細(xì)菌的相對(duì)發(fā)光度均明顯高出最低濃度. 該現(xiàn)象推測(cè)是在一定的低濃度范圍內(nèi)，毒性物質(zhì)與發(fā)光細(xì)菌相互作用時(shí)，具有一定的刺激效應(yīng)，促使發(fā)光量增大，即低劑量興奮作用; 或者是由于廢水中含有一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在毒性很低的情況下，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)了發(fā)光細(xì)菌的活動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)光亮增大. 在唐景春等[25]的研究中也出現(xiàn)了相同的情況，他們認(rèn)為可能是由于一些污水中含有可被微生物利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在促進(jìn)了發(fā)光菌的發(fā)光活性. 對(duì)于這種促進(jìn)作用，目前沒(méi)有研究給出具體的、 確切的解釋，有待日后繼續(xù)深入探討.

　　圖 3 2號(hào)水樣不同濃度的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度

　　2.4 中間沉淀池水樣分析

　　地上調(diào)節(jié)池的廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)好氧處理后進(jìn)入中間沉淀池，即3號(hào)水樣. 如圖 4所示，在濃度為100%時(shí)，發(fā)光細(xì)菌的相對(duì)發(fā)光度已經(jīng)高于50%，達(dá)到66.60%. 此時(shí)的水樣EC50>100%，但由于仍具有一定的毒性，故可獲得最低無(wú)效應(yīng)稀釋度，即LID=10. 經(jīng)過(guò)好氧生物處理，3號(hào)水樣的COD去除率達(dá)到93%，其中的有機(jī)污染物被微生物氧化分解，水質(zhì)的毒性有了大幅度的削減，對(duì)發(fā)光細(xì)菌的抑制作用已經(jīng)明顯減弱，相對(duì)發(fā)光度明顯高于1、 2號(hào)，但并不是完全無(wú)毒性. 該沉淀池的好氧處理過(guò)程雖然能處理部分懸浮物質(zhì)，但殘留的有機(jī)污染物仍然對(duì)發(fā)光細(xì)菌造成了一定的抑制作用[26].

　　圖 4 3號(hào)水樣不同濃度的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度

　　2.5 二級(jí)沉淀池水樣分析

　　中間沉淀池的廢水經(jīng)過(guò)A/O池處理后，進(jìn)入二級(jí)沉淀池，即4號(hào)水樣. 如圖 5所示，該水樣作用的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度均在100%附近，且絕大部分高于100%. 說(shuō)明此段的廢水對(duì)發(fā)光細(xì)菌已無(wú)明顯的抑制效應(yīng). 因此，4號(hào)水樣對(duì)發(fā)光細(xì)菌作用的EC50>100%，LID=1，且100%濃度廢水的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度為109.90%. A/O法結(jié)合前段缺氧和后段好氧處理，降解有機(jī)污染物，并具有一定的脫氮除磷功能，提高污水的可生化性及氧化效率，結(jié)合反硝化作用完成C、 N、 O在生態(tài)中的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)污水無(wú)害化處理. 因此，從LID的測(cè)試結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)A/O工藝處理，完全去除了水質(zhì)對(duì)發(fā)光細(xì)菌的毒性抑制作用.

　　圖 5 4號(hào)水樣不同濃度的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度

　　2.6 最終排出口水樣分析

　　二級(jí)沉淀池的水經(jīng)過(guò)絮凝沉淀池的再沉淀作用后，最終從污水處理廠的排水口排出，即5號(hào)水樣. 如圖 6所示，該水樣對(duì)發(fā)光細(xì)菌的影響保持與4號(hào)水樣相同的趨勢(shì)， 5號(hào)水樣的EC50>100%，LID=1. 從數(shù)據(jù)和圖形可見(jiàn)，100%濃度下的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度為103.70%，明顯高于《混裝制劑類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21908-2008)中規(guī)定的發(fā)光細(xì)菌急性毒性標(biāo)準(zhǔn)限值，即HgCl2濃度為0.07 mg ·L-1時(shí)相對(duì)應(yīng)的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度75.25%，故總出水排放口水樣已經(jīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[27].

　　圖 6 5號(hào)水樣不同濃度的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度

　　2.7 水樣COD值與發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度的關(guān)系

　　對(duì)各采樣點(diǎn)水樣的COD值與100%濃度下對(duì)應(yīng)的發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度進(jìn)行比較. 相對(duì)發(fā)光度以I表示. 具體情況見(jiàn)表 4.

　　表 4 廢水COD值與發(fā)光細(xì)菌的相對(duì)發(fā)光度

　　從表4中可知，在一定情況下，隨著COD的降低，發(fā)光細(xì)菌的相對(duì)發(fā)光度逐漸升高. 對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)相對(duì)發(fā)光度與COD值、 lg(COD)具有一定的線性關(guān)系，擬合公式分別為式(2)和式(3)：

　　式中，Y為發(fā)光細(xì)菌相對(duì)發(fā)光度，X1和X2分別為COD和lg(COD)值，公式(2) R2=0.869 6，公式(3) R2=0.941 2. 根據(jù)R2值可知，相對(duì)發(fā)光度與lg(COD)值的線性關(guān)系較好.

　　3 問(wèn)題與建議

　　(1)在廢水處理工藝中增加生物毒性指標(biāo)，對(duì)監(jiān)測(cè)廢水中的污染物毒性具有良好的指示作用，但是目前我國(guó)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用還不能構(gòu)成體系.

　　(2)發(fā)光細(xì)菌在指示工業(yè)廢水毒性時(shí)，受廢水中物質(zhì)成分的影響. 對(duì)于發(fā)光量不被抑制反被促進(jìn)的現(xiàn)象還有待進(jìn)一步研究.

　　(3)本研究?jī)H針對(duì)于該廠夏季廢水處理工藝效果，鑒于季節(jié)差異對(duì)該廢水處理工藝的影響較大，故其他季節(jié)的廢水處理能力有待進(jìn)一步研究.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 結(jié)論

　　(1)污水處理工藝節(jié)點(diǎn)所取1～5號(hào)水樣對(duì)發(fā)光細(xì)菌的毒性逐漸減弱，最終排出口對(duì)發(fā)光細(xì)菌無(wú)可見(jiàn)毒性抑制作用，現(xiàn)有廢水處理工藝在夏季能夠有效地降低制藥廢水的生物毒性.

　　(2)發(fā)光細(xì)菌的相對(duì)發(fā)光度與水樣lg(COD)值之間線性相關(guān)性較好，對(duì)同一生產(chǎn)階段制藥廢水COD的變化具有一定的指示作用.

　　(3)在較低的濃度范圍內(nèi)，廢水對(duì)發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光反應(yīng)具有促進(jìn)作用，增大發(fā)光細(xì)菌的相對(duì)發(fā)光度.