饮用水、污水处理厂流入液、流出液、地表水、废水中生物毒性检测方案(水质毒性分析)

技术与应用生命科学仪器 2009第7卷/8月刊 DeltaTox毒性仪简介及其在环境污染事件中的应用 郁建桥，钟声，徐亮 (江苏省环境监测中心，江苏南京210036) 摘要 介绍了 Deltatox”水质毒性检测仪的性能特点及应用范例，指出发光细菌法对今后的环境应急监测的重要意义。 关键词 Deltatox°检测技术；水环境污染；快速；应急监测；生物毒性 1、DeltaTox毒性仪的原理 Deltatox@是美国 SDI(Strategic Diagnostics Inc.)在Microtox@技术的基础上研制的一种急性毒性检测系统，其工作原理与 Microtox基本一致，该毒性测试技术是一种基于生物传感技术的应急毒性检测系统，测定系统的基础是使用一种发光细菌--费希尔弧菌(Vibrio fischeri). 发光作用是发光细菌正常生理状态下所具有的性质，发光细菌体内的荧光素酶催化荧光素的氧化作用，反应如下： 它是细胞呼吸作用的副产物，直接与细胞的活性及代谢状况相关。呼吸作用则是细胞和生物代谢的基本过程，细菌的发光直接和其呼吸相关，当细胞活性受到毒性物质作用后，其活性将受到抑制，从而使呼吸速率下降，进而导致发光降低，样品的毒性越强，发光细菌的光损失越多，通过生物发光光强的测定即可计算得到样品毒性的强弱弱。 该毒性测试方法具有快速、简便、费用低廉等特点，可测出水体中5000多种有毒有害物质。其准确性和可靠性与用标准小白鼠或鲤鱼来进行毒性实验的传统毒性实验方法的结果有显具的相关性，其灵敏度可与鱼类96h急性毒性试验相媲美!21。此外，Deltatox°还提供了Q-TOX和B-TOX两种毒性检测模式，最快可以在5分钟得到检测结果，其中B-TOX模式中有高毒性样本测试、中毒性样本测试和低毒性样本测试3种方式B Deltatox◎的测量精度和重复性： 根据EPA2003年验证的结果， Deltatox 对剧毒污染物--一氰化物测定结果的标准偏差为1%-4%不等；对常见干扰毒性物质铜，铁，镁，锌和铝的测定 Deltatox的各项指标 技术参数 微生物检测限 <=100cfu/ml 检测原理 采用微生物传感器(费舍尔弧菌) 检测时间 最快5分钟，可以进行15分钟、30分钟检测 可检测到的毒性物种炎 >5000中 光强测量范围 0-120，000，000光了 光子计数最高频率 0.1秒内5000光子 固定电源 固定电源可选择AC 220V±10%50HZ 便携电源 可用5节2号干电池供电 尺寸 25.4cm x 15.2cm x 11. 4cm 数据存储 可存600个测试记录(对应200个实验) 工作温度 10一28℃；可通过软件任意调节适应温度 ATP 检测 支持 ATP检测模式 结果的标准偏差小于或等于10%； 表2IC50和最低检测限(单位：ppm) IC50 LDL(最低检测限) 镉 41.4 铅 11 铜 8 0.8 氰化钾 8.4 0.73 2、应用范围 发光细菌检测系统已广泛应用于饮用水系统的安全和应急评估，固体化学品的毒性测定(《SAFETYDATA SHEET》)，污水处理厂流入液、流出液检测，工业过程中水体中生物杀灭剂的检测，表层水的监测以确定点源污染和非点源污染及石油开采产生的固体废物和废水的毒性减低评价(TRE’s)和毒性鉴定评价(TIE’s)等方面。该方法已通过了工业界、研究单位和政府的测验和验证被证实有效，至今已有超过600篇的关于该系统应用和评价的论文4。 同时，国际标准组织颁布了利用该方法作为水中毒性物质的标准方法(ISO11348-3：《水质测定一水样对于发光细菌的抑制效应测定》)5。美国也颁布了利用该方法作为水和土壤中化学和生物污染毒性的标准方法(ASTM -D-5660：《通过对海洋发 光细菌进行毒性试验而对遭化学污染的水和土壤进行微生物解毒予以评估的标准试验方法1》)。加拿大已经批准该方法为常规的测试应用于石油钻井中的排水监测和石油钻井过程中固体废物的生态风险评估标准方法( GUIDE 50)。另外，这一方法已被提交美国环保局作为饮用出水和废水处理后理毒性测定(WET)，该方法被作为美国国家污染和排放物减除系统(NPDES)中一项新方法。在我国相关技术也已列为国家标准，标准号为“GB/T15441-1995水质急性毒性的测定发光细菌法”。 3、、认证情况 2003年7月14日到8月22日，美国国家环保局(USEPA)通过其设立的“环保技术验证程序”(ETV)对全球主要生产厂家的八种产品的检测表现进行了验证实验，并且由USEPA授权发布了实验验证的结果。 下面将这些结果综合在一起方便比较。基于生物方法的综合毒性检测设备的主要技术参数是检测的稳定性，用多次检测相同的样本时出现的标准误差来表示。重复性比较，误差范围指多次实验后，每次检测值与平均值标准差。 在美国EPA的评测报告中，对评测实验所选用的5种毒性物100%检出，重复实验的误差除一次为18%外，其余的几十次实验的标准差只有0-6%。 表3美国国家环保局(USEPA)对综合毒性仪的评测 产品 生产厂家 化学再性物 丁扰性物 生物毒素 实验次数 误差范州 实验次数 误差范围 实验次数 收误差范围 Microtox SDI 80 0%-6% 20 1%-6% 64 1%-18% DeltaTox SDT 80 1%-12% 20 1%-6% 64 1%-6% 4、、国外的应用情况 4.1德国相关应用情况 发光细菌试验已被列入德国国家标准(DIN38412)和国际标准(ISO11348)。化学工业的废水、填埋场渗出液和工业冷却水必须通过发光细菌的毒性测试。同时，德国联邦环境部门正在起草制定合适的指导性技术，从而对其他的工业部门进行监督。 根据WHG的规定，必须对20个以上的部门所排放的废水以鱼类试验进行毒性监测， Bavaria 地区于1993年起采用了发光细菌和Daphania的试验代替鱼类试验，该模式现在已被全德国所接受，其结果等同于鱼类试验。在鱼类试验、浮游动物试验、藻类试 验和发光细菌的毒性测试比较中，发光细菌法最为敏感，被测出毒性的废水比例最高。 4.2欧盟关于边界河流水质控制的指导性文件： 由于毒性物质排放所造成的污染，所以需通过生物试验对环境水样、沉积物、流出物进行毒性测定，从而为环境和生态系统的安全提供早期的预警。其所列出的排放物、环境水、沉积物的毒性测试方法包括发光细菌法、浮游生物(D.magna)、藻类、鱼类试验等， 其中发光细菌法方法的特点是反应快速、操作简便。 4.3美国环保局(EPA)污染物测定程序的指导性文件 EPA和各州的环保局正开始使用生物学的方法对排放物的毒性进行测定(而不是传统的毒物的化学分析)，从而最终判定环境样品的综合毒性效应。EPA在1994年所颁布的“全废水毒性控制方案”即指出采用毒性指标来控制制过NPDES程序的污染物的排放。方案指出，流出物的生物毒性检测是水质控制的重要方面。关于生物试验的方法，目前有鱼类试验、浮游动物试验等，虽然发光细菌试验尚未列入正式的测试方法，但EPA已经指出该方法可以作为一项毒性筛选试验，并且承认其是一种有效的毒性检测的工具。 4.4饮用水应急监测实例 美国军队的供水系统和华盛顿地区的供水管道开始使用发光细菌法检测方法对饮用水进行监测，从而保护平民和军事人员免受引水污染的危害。我国部分水厂和水源地也开始使用这种方法。此外，1984年洛杉基奥运会、1996年亚特兰大奥运会、2004年雅典奥运会及2008年北京奥运会期间、1991年海湾战争以及我国2008年汶川大地震后的应急监测期间都采用了该方法对饮用水的处理和分配系统进行监测，以保证饮水的安全 5、实际应用案例 在某地的水体酚污染事故中，环境监测部门在受污河流某监测断面进行了长时间跟踪监测，通过高频次的采样监测来分析污染物酚的污染团通过情况，进而推定污染的变化情况，笔者同步采用81.9%B-TOX低毒性检测模式对一段时间内的生物综合毒性进行了测试，如图1所示。 以总酚浓度的对数值与光损失比较，经过 SPSS计算并进行显著性检验，此批次生物综合毒性与总酚浓度的对数值间的相关系数 r2=0.976，p值=0.000，在a=0.01水平下线性关系显著。 图1挥发酚、总酚浓度与光损失的对应关系 6、总结 发光细菌法能够在很短的时间内迅速得出水质毒性的综合信息，并且其光损失值与部分污染物的浓度呈很好地相关性，能够为后期应急监测和处置工作的快速、有效地开展提供依据。虽然 Deltatox毒性检测统还不能完全代替常规理化监测，但作为一种辅助监测手段，在对未知污染物的毒性判读，对污染物动 态变化的快速监测方面，仍具有传统检测方法无法比拟的优势。 ( 参考文献 ) ( [1] 王兆群，等.发光细菌法法监河流水质状况[J].环境与开 发，2 0 01，1 6 (1)：49-50 ) ( ]2] 张俊强，等.Microtox毒性检测系统与给水水质预警[J] 中国给水排水，200 7 ，23( 1 6)：79-80 ) ( ]3] 杜晓丽， 等.光光细菌法应用于环境样品毒性测试的研究进展[]. 工 业用水与废水，2008 ， 39( 2) ：13-1 6 ) ( [4] Boluda R， Quintanilla JF， Bonilla JA，et.al， Application of the M icrotox test a n d pollution in d ices to the st ud y o f water toxicity inthe Albufera Natural Park (Valencia， Spain). C hemosphere. 2 002 J an： 4 6( 2 )：355-69. ) ( [51 ISO 11348- 3 水质费有关费歇尔弧菌属的光发射水样品的抑制效果的测定(发光细菌试验) ) The introduction of Deltatox@water toxicity detector andthe application in emergency monitoring of environmental pollution Jian-qiao Yu， Sheng Zhong， Liang Xu (Jiangsu Environmental Monitoring Center Nanjing Jiangsu 210036) Abstract： The performance and characteristics of Deltatox @water toxicity detector was introduced. The importance of the Luminescent Bacteria Testin emergency monitoring was pointed out. Key words： Deltatox detection technology； Water pollution； rapid； Emergency Monitoring； biological toxicity China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net