發(fā)光菌在污水處理中的應(yīng)用

目前，評(píng)估污水毒性在處理前后的變化已成為 研究熱點(diǎn)之一，處理出水進(jìn)人生態(tài)系統(tǒng)后對(duì)生物產(chǎn) 生的影響也成為受關(guān)注的內(nèi)容。

傳統(tǒng)的理化分析方法可對(duì)污染物定性定量分析，但不能說(shuō)明物質(zhì)問(wèn)的相互作用及其對(duì)生物的影響。為此，人們提出了生物分析方法。目前已有多 種生物被用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)，常用的有發(fā)光菌、大型蚤和 魚(yú)類等。發(fā)光菌由于具有快速、靈敏等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，特別是在污水處理領(lǐng)域。

1 評(píng)估工藝

采用發(fā)光菌評(píng)估各種污水處理技術(shù)在污水處理 領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。常用的污水處理技術(shù)包括：高級(jí)氧 化技術(shù)、厭氧膜生物反應(yīng)器、厭氧塘和活性污泥法 等。通過(guò)檢測(cè)進(jìn)、出水對(duì)發(fā)光菌的抑光率來(lái)評(píng)估處 理技術(shù)的有效性，可為處理工藝的改造提供重要的 數(shù)據(jù)支持。

目前，已有學(xué)者采用 fischeri評(píng)估高級(jí)氧化技 術(shù)對(duì)污水毒性的去除情況。Kajitvichyanukul等采用 fischeri和化學(xué)指標(biāo)對(duì)高級(jí)氧化光助Fenton技術(shù) 的處理效率進(jìn)行了評(píng)估，未處理污水的抑光率為 90％ ，處理后為30％ ，結(jié)果表明光助Fenton處理技 術(shù)能增加污水中毒物的降解，降低污水毒性 J。生 物法能有效去除污水中大量的有機(jī)物，不能去除含 量高的毒性物質(zhì)(如殺蟲(chóng)劑 )，而高級(jí)氧化技術(shù)能 有效去除殺蟲(chóng)劑 ，因此高級(jí)氧化聯(lián)合生物處理技 術(shù)能有效去除污水中的毒性物質(zhì)。目前，采用 fischeri評(píng)估高級(jí)氧化聯(lián)合生物技術(shù)對(duì)毒性的去除率 已見(jiàn)報(bào)道 。黃滿紅等發(fā)現(xiàn)A ／0工藝對(duì)城市污水毒性具有較好的削減能力，對(duì)發(fā)光菌抑光率的削減 率>72％。

發(fā)光菌毒性試驗(yàn)也用來(lái)評(píng)估各種垃圾滲濾液處 理工藝的效率。Gotvajna等采用 fischeri及化學(xué) 指標(biāo)評(píng)估各種垃圾滲濾液處理工藝(包括曝氣法、 顆?；钚蕴?、絮凝法、光助Fenton技術(shù))。采用曝氣 法處理時(shí)，隨著氣體的通入，滲濾液毒性降低；顆粒 活性炭能有效降低滲濾液的毒性；采用Al (SO ) 和FeC1 均能降低污水的毒性；在所有的處理技術(shù) 中，光助Fenton技術(shù)最有效，濾液經(jīng)處理后毒性顯 著降低 。

2 監(jiān)測(cè)污水毒性

為監(jiān)測(cè)污水處理廠的處理效果，必須持續(xù)監(jiān)測(cè)進(jìn)、出水等的毒性。已有研究表明，經(jīng)過(guò)處理后水的 毒性明顯降低 。Katsoyiannis等采用 fischeri 評(píng)估了污水處理廠的進(jìn)、出水和污泥的毒性，所有樣 品對(duì)發(fā)光菌都具有抑制效應(yīng)，污泥對(duì)發(fā)光菌的抑制 效應(yīng)最大，抑光率為35％ ～85％ ，其次是進(jìn)水，抑光 率為25％ ～60％ ，最小的為二沉池出水，抑光率為 6％ ～20％ 。Farre等對(duì)進(jìn)、出水的毒性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)處理后的污水毒性降低(進(jìn)、出水的抑光率 分別為82．4％和44％) 。

人們還發(fā)現(xiàn)，初級(jí)沉淀不能有效降低污水的毒性，毒性去除主要發(fā)生在生物處理階段。同時(shí)，F(xiàn)arr6等也發(fā)現(xiàn)，僅采用物化方法不能消除污水毒性，污水經(jīng)初級(jí)沉淀后對(duì)發(fā)光細(xì)菌的抑光率增高， 可能的原因是初級(jí)沉淀過(guò)程引入了新的物質(zhì) 。各種污水對(duì)發(fā)光細(xì)菌的抑光率見(jiàn)表1。

表1 各種污水對(duì)發(fā)光菌的抑光率

注：n．m為未測(cè)定，n．d．為低于檢測(cè)限，EC50/30為樣品對(duì)發(fā)光菌作用后，發(fā)光強(qiáng)度分別下降為對(duì)照組的50％和30％時(shí)樣品的濃度之比。

從表1可以看出，發(fā)光菌的抑光率沒(méi)有超過(guò) 100％ ，水的毒性和處理廠接收的污水類型有關(guān)，抑 光率達(dá)100％的主要為紡織廢水和制革廢水等。水 質(zhì)的毒性和發(fā)光菌的抑光率之間存在相關(guān)性，Per— soone等根據(jù)毒性單位(TU)將樣品分為無(wú)毒(TU= 0)、微毒(0<1)、有毒(1<10)、極毒(1 1 <100)和劇毒(TU>100)幾種。已有研究對(duì) 進(jìn)水、二沉出水和污泥的Tu進(jìn)行了計(jì)算，54％的進(jìn) 水為微毒、46％為有毒；僅有8％ 的二沉水為有毒、 其余為微毒；與水相比，底泥毒性較大(46％ 為微 毒、38％為有毒、15％為極毒) 。同時(shí)可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

發(fā)光菌檢測(cè)污水毒性的表示方法如下：

（1）用苯酚濃度表示：當(dāng)未經(jīng)稀釋的樣品（即樣品稀釋度為100％）的抑光率在5％～95％時(shí)，也即相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度在95％～5％范圍內(nèi)，可以用相同抑光率時(shí)苯酚的濃度來(lái)表示樣品的毒性。大多數(shù)水樣均在此范圍內(nèi)。

（2）用EC50值表示： EC50值是指受試物對(duì)發(fā)光菌作用后，發(fā)光強(qiáng)度下降為對(duì)照組的50%時(shí)（即相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度或抑光率為50%時(shí)）的受試物濃度。EC50值是評(píng)價(jià)化合物生態(tài)毒性的重要參數(shù)，也是評(píng)價(jià)有機(jī)污染物對(duì)生物體毒理學(xué)效應(yīng)的常用參數(shù)，常用于表征化合物對(duì)發(fā)光菌的作用結(jié)果。EC50值越小表明受試物的毒性越大。

（3）毒性表達(dá)方法還應(yīng)注明樣品與發(fā)光菌作用的時(shí)間，因?yàn)樽饔脮r(shí)間也影響數(shù)值大小。發(fā)光菌作用時(shí)間10min和作用15min的數(shù)值是不同的，有時(shí)差異還很大，故必須表明作用的時(shí)間。一般可在數(shù)值表達(dá)后用括號(hào)加注作用時(shí)間，例如：EC50＝0.10%(15min),或抑光率45％（15min），表明是 15min時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

3 評(píng)估化合物毒性

發(fā)光菌毒性試驗(yàn)不僅可以評(píng)估水的總體毒性， 還可以結(jié)合其他化學(xué)方法(如LC—MS)評(píng)估水中特 定污染物的毒性，包括重金屬、苯和萘的衍生 物H 以及酚等。Guerra對(duì)工業(yè)排水中的酚進(jìn)行 了研究，發(fā)現(xiàn)單一酚類化合物對(duì)總進(jìn)水毒性的影響 小，對(duì)苯二酚的濃度和Microtox的結(jié)果存在顯著正相關(guān)引。高繼軍等應(yīng)用Q67對(duì)銅鋅、銅汞、銅鎘、銅 鎳等4種重金屬混合物的聯(lián)合毒性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)銅鋅混合物表現(xiàn)為加和作用，而銅汞、銅鎘、銅鎳 3種混合物聯(lián)合則表現(xiàn)為拮抗作用 。

通過(guò)探討毒性與各種化學(xué)指標(biāo)的聯(lián)系，可以更 全面地評(píng)估水質(zhì)毒性。有研究發(fā)現(xiàn)，抑光率和 BOD 、COD及SS存在顯著相關(guān)性，水中抑光率和 BOD 、COD及ss呈正相關(guān)，底泥中的相關(guān)性總體較弱(EC)和TOC具有負(fù)相關(guān)關(guān)系；其他研究也 發(fā)現(xiàn)，有效濃度(EC)和COD之間具有顯著的相關(guān)性 ，但另有研究發(fā)現(xiàn)，Microtox的結(jié)果和COD值 呈顯著負(fù)相關(guān)；而酚類化合物和其他生物(大型蚤、 輪蟲(chóng))呈顯著負(fù)相關(guān) 。

對(duì)于復(fù)雜樣品來(lái)說(shuō)，COD和毒性之問(wèn)不具顯著相關(guān)性，并且毒性和持久性有機(jī)污染物(POPs) 之間的相關(guān)性頗具爭(zhēng)議。污水在處理前的毒性和 POPs的濃度呈正相關(guān)，二沉水中兩者則呈負(fù)相 。另有研究發(fā)現(xiàn)，污泥的毒性和多環(huán)芳烴顯著 相關(guān)，但與多氯聯(lián)苯相關(guān)性較小 。

盡管污水成分較為復(fù)雜，毒性指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo) 不是任何情況下都相關(guān)，但毒性分析仍是化學(xué)分析 的有效補(bǔ)充，兩者結(jié)合能有效評(píng)估污水排放和污泥 處置的潛在危害。Farr6等認(rèn)為毒性指標(biāo)可以作為 水質(zhì)分析的初選參數(shù)，如果水對(duì)發(fā)光菌的抑光率< 20％ 或毒性影響指數(shù)(TII 50)<0.4，則不需進(jìn)行化學(xué) 分析，這樣有利于減少樣品的分析數(shù)量 。