本试验水样来自某抗生素制药厂2012年8月的废水处理站废水，该厂废水的处理工艺为接触氧化法. 选取5个采样点分别为： ①地下调节池、 ②地上调节池、 ③中间沉淀池、 ④二级沉淀池和⑤总出水排放口，采集废水处理工艺构筑物中的废水. 废水处理工艺流程和采样点如图 1所示.

图 1

Fig. 1

图 1 各采样点在处理工艺中的分布情况 Fig. 1 Distribution of the sampling sites in the treatment process

明亮发光杆菌T3小种(Photobacterium phosphorem T3 spp.)，属于海洋发光细菌，购自中国科学院南京土壤研究所.

氯化钠(NaCl，化学纯).

冰点渗透压仪，DXY-2型生物毒性测定仪，真空过滤泵，玻璃滤器，保温箱，4 L玻璃膜口瓶，封口膜，玻璃纤维素膜等.

水样经玻璃纤维素膜，去除大颗粒杂质. 按照1.45 g ·(100 mL)^-1废水比例添加氯化钠，相当于3 g ·(100 mL)^-1氯化钠溶液的冰点渗透压，以保证明亮发光杆菌T₃小种细胞所需的渗透压，避免渗透压对试验结果产生影响.

利用明亮发光杆菌冻干粉进行废水不同样品不同浓度的急性毒性研究. 样品浓度设置参照ISO 11348-3^[20]的方法交叉等级稀释，设置2个平行. 操作步骤严格参照《水质-急性毒性的测定-发光细菌法》(GB/T 15441-1995)进行，并根据要求，利用HgCl₂对本研究所用发光细菌进行敏感性评价^[21].

根据空白样品的发光量L₀和样品的发光量L_i，计算样品的相对发光度I_i，即：

利用Origin 7.5软件绘制样品浓度与发光细菌相对发光度的关系曲线图.

Coleman等^[22]根据样品浓度和发光细菌的发光度值EC₅₀之间的关系，将受试物毒性进行分级，如表 1所示.

表 1(Table 1)

表 1 受试物毒性等级 Table 1 Toxicity ranking of test sample EC50 ＜25% 25%~50% 50%~75% 75%~99% ≥100% 毒性级别 极强 中等 有毒 轻微 无毒

表 1 受试物毒性等级 Table 1 Toxicity ranking of test sample

另外，一些研究用毒性单位TUa表示废水的毒性大小，并规定TUa＜0.3时，排放废水对受纳水体的水生生物无急性影响; TUa>0.3，表示对环境有影响. 具体分级标准如表 2所示^{[16, 23, 24]}.

表 2(Table 2)

表 2 工业废水生物毒性分级 Table 2 Toxicity ranking of industrial effluent TUa ＜1.0 1.0~2.0 2.0~10.0 10.0~100.0 ＞100.0 毒性级别 微毒或无毒 低毒 中毒 高毒 剧毒

表 2 工业废水生物毒性分级 Table 2 Toxicity ranking of industrial effluent

根据该废水处理厂常年检测结果的统计数据，合成废水的COD值较高，平均为26 721 mg ·L^-1，流量较小，为39 m³ ·d^-1，氨氮含量较高，为1 760 mg ·L^-1; 综合废水COD值较低，平均为4 006 mg ·L^-1，流量较大，为1 833 m³ ·d^-1，氨氮含量较低，为21 mg ·L^-1. 该废水处理厂水中含有大量的抗生素和有机物，具有生物降解难、 有机物含量高等特点. 本研究为随机采样，采样点废水pH、 COD等常规理化指标测定结果如表 3所示.

表 3(Table 3)

表 3 采样点废水的理化数据 1) Table 3 Physicochemical properties of the test samples collected at different sites 理化指标 ①地下调节池 ②地上调节池 ③中间沉淀池 ④二级沉淀池 ⑤总出水排放口 pH 6.50 6.42 7.46 6.27 6.26 COD/mg ·L-1 1 958 2 668 178 112 104 冰点渗透压(H2 O计)/mosm ·kg-1 49 52 37 33 33 1)pH和COD数据为某制药厂日常监测数据，冰点渗透压为本试验测定结果

表 3 采样点废水的理化数据 1) Table 3 Physicochemical properties of the test samples collected at different sites

地下调节池是废水处理工艺的第一段工艺，调节制药厂瞬时综合废水的流量，即1号水样. 如图 2所示，此处废水毒性较大，浓度为100%时，发光细菌的相对发光度为19.41%. 废水毒性作用范围较宽，浓度稀释至0.07%时，相对发光度为103.90%. 通过计算可知，该段废水的EC₅₀＝3.44%，TUa=29，LID＝625. 该工艺的废水主要是制药废水，其中抗生素含量较高，对发光细菌的毒性较大，故得出的最低无效应稀释度较大. 本研究所用菌种HgCl₂的EC₅₀＝0.10 mg ·L^-1，符合国标中试验菌种的敏感性要求^[21].

图 2

Fig. 2

图 2 1号水样不同浓度的发光细菌相对发光度 Fig. 2 Relative luminosity of Photobacterium phosphorem T3 spp. as measured in water sample No. 1

地上调节池是废水处理工艺的第二段流程，收纳了经过地下调节池处理并沉淀后的废水和一部分合成废水，即2号水样. 如图 3所示，该处的废水毒性较1号水样毒性更大，废水浓度为100%时，相对发光度仅为10.78%. 毒性作用范围较1号水样更加宽泛，在浓度为0.03%时，相对发光度为101.30%. 通过计算可知，该段废水EC₅₀＝2.46%，TUa=41，LID＝244. 比较1号和2号水样的毒性数据可知，根据EC₅₀鉴别废水的毒性，2号水样的生物毒性略高于1号，与理化指标中COD反映的现象一致. 由于地上调节池中混入了合成废水，污染物成分更加复杂，有可能产生联合毒性效应，对发光细菌的影响更为明显，毒性抑制作用更大. 从图 3中亦可看出，此段废水在0.07%和0.16%浓度点，发光细菌的相对发光度均明显高出最低浓度. 该现象推测是在一定的低浓度范围内，毒性物质与发光细菌相互作用时，具有一定的刺激效应，促使发光量增大，即低剂量兴奋作用; 或者是由于废水中含有一定的营养物质，在毒性很低的情况下，营养物质促进了发光细菌的活动，导致发光亮增大. 在唐景春等^[25]的研究中也出现了相同的情况，他们认为可能是由于一些污水中含有可被微生物利用的营养物质，这些物质的存在促进了发光菌的发光活性. 对于这种促进作用，目前没有研究给出具体的、 确切的解释，有待日后继续深入探讨.

图 3

Fig. 3

图 3 2号水样不同浓度的发光细菌相对发光度 Fig. 3 Relative luminosity of Photobacterium phosphorem T3 spp. as measured in water sample No. 2

地上调节池的废水经过一级好氧处理后进入中间沉淀池，即3号水样. 如图 4所示，在浓度为100%时，发光细菌的相对发光度已经高于50%，达到66.60%. 此时的水样EC₅₀＞100%，但由于仍具有一定的毒性，故可获得最低无效应稀释度，即LID＝10. 经过好氧生物处理，3号水样的COD去除率达到93%，其中的有机污染物被微生物氧化分解，水质的毒性有了大幅度的削减，对发光细菌的抑制作用已经明显减弱，相对发光度明显高于1、 2号，但并不是完全无毒性. 该沉淀池的好氧处理过程虽然能处理部分悬浮物质，但残留的有机污染物仍然对发光细菌造成了一定的抑制作用^[26].

图 4

Fig. 4

图 4 3号水样不同浓度的发光细菌相对发光度 Fig. 4 Relative luminosity of Photobacterium phosphorem T3 spp. as measured in water sample No. 3

中间沉淀池的废水经过A/O池处理后，进入二级沉淀池，即4号水样. 如图 5所示，该水样作用的发光细菌相对发光度均在100%附近，且绝大部分高于100%. 说明此段的废水对发光细菌已无明显的抑制效应. 因此，4号水样对发光细菌作用的EC₅₀＞100%，LID＝1，且100%浓度废水的发光细菌相对发光度为109.90%. A/O法结合前段缺氧和后段好氧处理，降解有机污染物，并具有一定的脱氮除磷功能，提高污水的可生化性及氧化效率，结合反硝化作用完成C、 N、 O在生态中的循环，实现污水无害化处理. 因此，从LID的测试结果可以看出，经过A/O工艺处理，完全去除了水质对发光细菌的毒性抑制作用.

图 5

Fig. 5

图 5 4号水样不同浓度的发光细菌相对发光度 Fig. 5 Relative luminosity of Photobacterium phosphorem T3 spp. as measured in water sample No. 4

二级沉淀池的水经过絮凝沉淀池的再沉淀作用后，最终从污水处理厂的排水口排出，即5号水样. 如图 6所示，该水样对发光细菌的影响保持与4号水样相同的趋势， 5号水样的EC₅₀＞100%，LID＝1. 从数据和图形可见，100%浓度下的发光细菌相对发光度为103.70%，明显高于《混装制剂类制药工业水污染物排放标准》(GB 21908-2008)中规定的发光细菌急性毒性标准限值，即HgCl₂浓度为0.07 mg ·L^-1时相对应的发光细菌相对发光度75.25%，故总出水排放口水样已经达到排放标准^[27].

图 6

Fig. 6

图 6 5号水样不同浓度的发光细菌相对发光度 Fig. 6 Relative luminosity of Photobacterium phosphorem T3 spp. as measured in water sample No. 5

对各采样点水样的COD值与100%浓度下对应的发光细菌相对发光度进行比较. 相对发光度以I表示. 具体情况见表 4.

表 4(Table 4)

表 4 废水COD值与发光细菌的相对发光度 Table 4 COD value and the Relative luminosity of Photobacterium phosphorem T3 spp. in the test samples 项目 水样 1 2 3 4 5 COD/mg ·L-1 1 958 2 668 178 112 104 I/% 19.41 10.78 66.60 109.90 103.70

表 4 废水COD值与发光细菌的相对发光度 Table 4 COD value and the Relative luminosity of Photobacterium phosphorem T3 spp. in the test samples

从表4中可知，在一定情况下，随着COD的降低，发光细菌的相对发光度逐渐升高. 对两组数据进行拟合，发现相对发光度与COD值、 lg(COD)具有一定的线性关系，拟合公式分别为式(2)和式(3)：

式中，Y为发光细菌相对发光度，X1和X2分别为COD和lg(COD)值，公式(2) R2=0.869 6，公式(3) R2=0.941 2. 根据R2值可知，相对发光度与lg(COD)值的线性关系较好.