实现废水毒性的整体评价

图1.  Baroxymeter——用于检测废水毒性的便携式呼吸计。

如果将直接毒性评估值作为水的化学状态的额外参数，就可以提高对那些化学监测手段无法检测出的污染物暴露的监测几率”。这是摘自“欧盟水框架指令”的一段话，其中所倡议的是采用生物测定来评估水及污水当中的毒性，因为化学分析法无法给出有关水和污水毒性成分的直接信息。

检测和控制特定物质以及废水特性是工业污水排放规范化的基础，如对pH值、BOD以及一些特定的化学污染物质的检测等。通过这种方式许多排放问题可以得到充分地控制，一些成分较为复杂的废水则需要采用额外控制措施，以确保实现对环境的保护。然而，对所含成分较为复杂的废水进行详尽的化学分析通常会带来难以承受的高昂成本。直接毒性评价（DTA）是一种基于风险所设计的评估方法，它以对于生物系统所产生的影响作为基础，对受排放废水污染的水体中生态系统有可能造成的污染风险情况做出评价。DTA是针对复杂废水而设计的，在这些废水中存在的各种物质之间的相互影响及作用都是不可知的，因此，DTA是对废水毒性的衡量指标，而不是对特定废水物质浓度的测量指标。这种方法可以提供对于所有成分的联合生物影响的整体性评价（包括对未知物质以及目前尚没有确定环境质量标准或分析方法的物质）。 DTA可以预测废水对于环境的危害风险，并评估过程控制措施的有效性，这种方法通常涉及到估测废水的致毒性，通常采用一套经过标准化水生生态毒性试验进行测量。 DTA对于传统的针对具体化学物质的废水分析方法是一种补充。

图2.  典型Baroxymeter实验结果图。
 

目前已经有许多试验和仪器可用于分析废水和源水水质。但是，多数能够测定毒性的分析仪器均以实验室为基础，通常情况下只能在数天或数小时后才能得出结果，而且通常情况下要求由经过特殊培训的人员来执行试验操作。因此，在需要快速完成毒性评估的情况下，如在污水处理厂废水处理部分（如果此部分存在毒性，则有可能导致处理厂内的活性污泥生物群体的生物活性受到抑制，从而带来明显的生态受破坏和财务受损的后果）。一种可以迅速检测出毒性影响的方法或仪器就显得十分重要。DTA方法不仅可以用于检测，还可用于评价可能的保护措施，目前，监管机构和业内人士认为，DTA应当包括一套监测技术，并包括一个便携式的快速响应指示器，以便用于检测进水污水和排放污水之中是否有毒性存在的情况。这样，作为一种可以在现场执行事故检测、故障排除以及对可能有问题的排放进行监管的低成本便携式系统，将成为监测系统的一个重要成员。

Baroxymeter（如图1所示）是由Biosynergy（欧洲）有限公司研发生产的用于检测废水毒性的便携式呼吸计，是一套可以直接用于早期快速检测目标样品毒性的预警系统，该装置可以保护废水处理厂内的活性污泥设施不受进入废水中有毒物质的损害；同时也可以为废水处理厂的运营方提供废水源的毒性检测；此外，Baroxymeter可用于制药厂、化学品生产厂、食品加工厂废水排放的毒性达标检测。

图3.  ZnS的呼吸抑制作用——实验室间可靠性研究

工作原理

Baroxymeter能够监测某种恶臭假单胞菌在试验污水样本中的呼吸作用，并与基准样品进行对比，然后将结果作为呼吸抑制百分比来报告。其原理是有毒样品会抑制细菌呼吸作用，通过监测一段时间内污水样本培养基的密闭腔室顶部空间压力下降情况来实现对呼吸作用的测量。呼吸过程中生产CO2会吸附在碱石灰滤芯上，导致培养基的耗氧量的改变，从而导致实测值的改变。

系统结构

Baroxymeter套件包括恶臭假单胞菌培养基试剂瓶，毒性和非毒性校准样品，一个碱石灰滤芯以及用于数据处理和运行控制的软件。该仪器能够以数字值显示毒性，而且可以另外采用一个绿－黄－红灯指示器显示直观的“毒性”评级。

操作综述

Baroxymeter的操作十分方便简单，将一份实验室样品放置在试验腔室内，然后闭合盖板，检测过程仅需10min即可完成（如图2所示），样品经过5min的孵育，而后经历一系列的试验周期，每个周期有30s的通风间隔期（腔室向大气开放）以及30s的测量间隔期（腔室密封）。该仪器配有附带的试剂，可用于现场校准，之后无需其他校准即可执现场试验。

图4.  采用Baroxymeter测定的3，5-二氯苯酚的剂量响应曲线。

Baroxymeter的测量结果采用一种与交通信号灯类似的LED指示灯显示样品毒性级别（其中，绿色＝无毒性、黄色＝怀疑有毒，而红色＝有毒），如果样品试验结果表示为黄色即“怀疑有毒”，则可以再重新执行一次试验。在默认设置下，呼吸抑制作用≥40%时为有毒，而≤20%的抑制作用为无毒，落在这两个数值之间的结果则属于“怀疑有毒”，需要再次试验（这些毒性阈值属于推荐值，并可以调节）。

Baroxymeter能存储多达100项试验结果，该仪器可以预先载入现场样本名称和操作者的详细资料。 而且，还有一个设置项可以用于评估一系列样本（10%~100%），使得EC50或其他研究可以很方便地执行。Baroxymeter配备了三种软件层级，可以根据用户的需要执行简单的Excel下载或复杂的数据分析。

如图3所示，在英国环保局和Biosynergy（欧洲）有限公司所执行的实验室间可靠性研究的结果中显示，在使用Baroxymeter测试标准毒性物质ZnS时表现出较高的一致性，最终这些试验结果将组成一项更大规模的合作研究数据。

如图4所示，用Baroxymeter测定的3,5-二氯苯酚的剂量响应曲线，可以通过测试最初50mg/L浓度样品的稀释样品，就可以测定其安全稀释浓度。在此项试验当中表明，约为8mg/L的DCP浓度是安全浓度，而EC50浓度约为10mg/L。

表1为Baroxymeter呼吸计与Strathkelvin呼吸计之间毒性试验的对比研究结果，Strathkelvin呼吸计是一种用于毒性研究的实验室仪器，这两种仪器的毒性检测均以监测接触到的样品细菌的耗氧量为基础，但每一种仪器显示结果的方式不同。因此，为了获得可以对比的结果，这两种仪器的操作者均将结果报告以“合格”或“不合格”表示，其测量结果完全吻合，而且在测定安全稀释浓时也是一致的。

小结

直接毒性评价具有一定风险性，它采用了生物试验系统来评估受污染水体内生态系统可能遭受的损害，Baroxymeter使废水的毒性作为一个整体得以评价，而不是对其组成物质进行评价。在当前水体污染越来越严重的情况下，一种可以迅速检测出毒性影响的仪器具有至关重要的作用，它不仅适用于检测，而且适用于保护废水处理厂安全的评估保护行动。