一种工业废水毒性检测方法与流程

本发明涉及检测技术领域，且特别涉及一种工业废水毒性检测方法。

背景技术：

目前，污染已经成为全球重点关注内容，特别是工业污染会对环境和公共健康产生极大的影响。工业生产过程中，例如电镀行业、金属处理行业、肥料生产行业等，这些行业产生的废水的成分复杂，含有无法定性和定量分析、或者不能及时监测的有毒有害物质，工业废水若未经处理直接进入水域，会对环境造成极大的污染，因此，建立工业废水毒性检测手段非常必要。

传统的废水监测指标以常规水质指标为主，如溶解氧、cod、bod、电导率等。这些指标能够在一定程度上反应废水污染情况，但是缺少对废水毒性的整体评价指标。此外，重金属污染是工业废水有毒成分的重要组成成分，电镀、电池制造、制革、化肥等工业中，均会产生重金属污染，如cu、zn、cr、pb等。废水中重金属的含量是评价工业废水毒性的中重要指标。重金属良好的监测手段。然而，现有的重金属检测手段复杂，往往需要对水样进行复杂的前处理后才能进行检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工业废水毒性检测方法，此检测方法通过细菌毒性检测方法获得废水的总体毒性，通过荧光检测方法获得重金属毒性，检测手段简单高效。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种工业废水毒性检测方法，包括以下步骤：

s1，总体毒性检测，包括

s11，对待测液进行过滤处理，得到处理液a；

s12，将所述处理液a置于细胞培养室内，将发光细菌加入到所述处理液a中，测量所述处理液a的发光值；

s13，以等量的发光细菌在等体积水中的发光值为对照，判断所述待测液的总体毒性；

s2，重金属检测，包括：

s21，将待测液置于反应器中，以碳掺杂纳米氧化铅电极为正电极，以石墨电极为负对电极，通电处理后获得处理液b；

s22，将量子点荧光探针分散于所述处理液b中，测定体系的荧光强度，以等量的量子点荧光探针在等体积水中的荧光强度为对照，获得所述处理液b的荧光抑制率。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，获得所述处理液b的荧光抑制率后，还包括以下步骤：

s23，采用所述量子点荧光探针测定不同浓度的重金属离子溶液的荧光抑制率，建立重金属离子的浓度与荧光抑制率的线性回归方程，根据所述线性回归方程和所述处理液b的荧光抑制率，获得所述待测液的重金属离子浓度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤s22中，所述量子点荧光探针按照以下步骤获得：

将硝酸锌溶液和咪唑类化合物溶液混合，搅拌反应后，获得反应沉淀物；

将所述反应沉淀物、柠檬酸铵、甘氨酸和油酸分散于水中，水热反应获得所述量子点荧光探针。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，获得所述量子点荧光探针后，还对所述荧光探针进行以下处理：将所述荧光探针在放入聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇的混合溶液中加热回流25~40min。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，水热反应的温度为160~180℃，反应时间为1.5~3.5h。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤s21中，所述反应器内设有紫外灯。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤s21中，所述正电极和所述负电极按照如下步骤获得：

在基底表面印刷出两条彼此隔离的电极线；所述电极线的材料选自钯、银、金中的一种；

在左侧电极线的一端涂覆涂覆碳掺杂纳米氧化铅形成正电极；在所述电极线的一端涂覆石墨材料形成所述负电极。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述碳掺杂纳米氧化铅按如下步骤获得：

剧烈搅拌条件下，在牛血清蛋白溶液中加入硝酸铅溶液，然后缓慢加入1m的氢氧化钠溶液，得到混合液；

所述混合液经过滤洗涤后得到混合物，所述混合物在320~350℃条件下焙烧2~5h，得到碳掺杂纳米氧化铅。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述碳掺杂纳米氧化铅的制备过程中，焙烧之前，所述混合物预先在220~280℃条件下预烧结1~1.5h。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤s11中，所述发光细菌为青海弧菌。

本发明实施例的工业废水毒性检测方法的有益效果是：

采用两种指标对工业废水的毒性进行评价，毒性评价结果能够更为准确反映工业废水的毒性程度。一方面采用发光细菌评价废水毒性，发光细菌的生长繁殖快，对环境的变化反应快，能够及时快速检测工业废水的整体毒性情况。其次，对工业废水中需要重点监测的重金属进行检测，先以碳掺杂纳米氧化铅电极降解工业废水，然后以荧光检测方法获得废水的重金属含量，检测手段简单，高效，无需高昂的大型检测设备。且通过采用特定的量子点荧光探针，荧光量子点的产率高，荧光强度好，对重金属离子有很好的检测效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的工业废水毒性检测方法的流程图；

图2为本发明实施例的总体毒性检测方法的流程图；

图3为本发明实施例的重金属检测方法的流程图；

图4为本发明实施例重金属检测过程的通电电极的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的工业废水毒性检测进行具体说明。

本发明实施例提供的一种工业废水毒性检测方法，包括以下步骤：

s1，总体毒性检测，以及s2，重金属检测。

总体毒性检测包括：

s11，对待测液进行过滤处理，得到处理液a。具体地，过滤处理为采用滤膜过滤。对待测液进行初步过滤处理，避免悬浮物影响检测结果。

s12，将处理液a置于细胞培养室内，将发光细菌加入到处理液a中，测量处理液a的发光值。优选地，采用96孔板为细菌培养室，设置3~5组处理液a进行测量，以平均为处理液a的发光值，最大限度减少测量干扰因素。

进一步地，发光细菌选用青海弧菌，发光细菌在使用之前经过活化处理。

进一步，发光细菌加入到处理液a后，振荡处理20~40s，然后在25~35℃条件下静置10~15min，再进行发光值测定。可以理解的是，发光值可以采用发光检测仪或紫外分光光度计进行检测。

s13，以等量的发光细菌在等体积水中的发光值为对照，判断待测液的总体毒性。具体地，等体积的水选用纯净水，以排除其他干扰。

进一步地，以等量的发光细菌在等体积水中的发光值为a2，以处理液a的发光值为a1，以a0=a1/a2表征工业废水的总体毒性，a0越小，则工业废水的毒性越高。

进一步地，将处理液a稀释一定的倍数，例如5倍、10倍后，再加入发光细菌进行检测。对处理液a进行稀释，避免废水毒性过高，导致处理液a测得的发光值过低，产生测量偏差。

s2，重金属检测，包括以下步骤：

s21，将待测液置于反应器中，以碳掺杂纳米氧化铅电极为正极，以石墨电极为负极，通电处理后获得处理液b。具体地，再正极和负极之间通电后，电压为3~8v通电时间为1.5~3h。通过碳掺杂纳米氧化铅电催化产生的氧化能力，将废水中的重金属络合物降解成金属离子。

进一步地，该步骤中反应器内设有紫外灯，在通电过程中同时开启紫外光源，进一步加强对金属络合物的降解。

进一步地，该步骤中反应器的底部设有超声波振动子，通过超声波作用，促进水体的流动，加速反应进行。

进一步地，该步骤中，正极和负极按照如下步骤获得：

在基底表面印刷出两条彼此隔离的电极线；电极线的材料选自石墨、石墨烯、钯、银、金中的一种；在左侧电极线的一端涂覆碳掺杂纳米氧化铅形成正电极；对应地，在右侧电极线的一端涂覆石墨材料形成负电极。基底可以选用聚合物膜或玻璃等。优选地，以pet为基底，在基底上磁控溅射获得银电极线。在其中一条银电极线的一端涂覆聚乙烯醇溶液，然后滴涂石墨材料形成负电极，在另一条电极线的同一端涂覆聚乙烯醇溶液，然后滴涂碳掺杂纳米氧化铅形成正极。

进一步地，碳掺杂纳米氧化铅按如下步骤获得：

剧烈搅拌条件下，在15~25wt%的牛血清蛋白溶液中加入等体积的4~8wt%的硝酸铅溶液，然后缓慢加入1m的氢氧化钠溶液，得到混合液。混合液过滤后分别用水和乙醇洗涤后干燥得到混合物。混合物在320~350℃条件下焙烧2~5h，得到碳掺杂纳米氧化铅。使用牛血清蛋白进行修饰，蛋白通过巯基与纳米粒子形成配位结构，增加产物的稳定性。蛋白修饰层在焙烧后形成共轭的碳骨架，为产物提供大量的表面积和多活性位点，获得的碳掺杂纳米氧化铅对重金属络合物的降解效果更好。

进一步优选地，焙烧之前，所述混合物预先在180~220℃条件下预烧结1~1.5h。预烧结过程有利于纳米粒子和蛋白之间的配位结构形成，避免纳米粒子的团聚。

s22，将量子点荧光探针分散于处理液b中，测定体系的荧光强度b1，以等量的量子点荧光探针在等体积水中的荧光强度b2为对照，获得处理液b的荧光抑制率b0=b1/b2。荧光抑制率越高，则代表重金属离子的含量越高。具体地，本实施例中，量子点荧光探针在处理液b中的用量为0.1~2g/ml。

进一步地，获得处理液b的荧光抑制率后，还包括以下步骤：

s23，采用量子点荧光探针测定不同浓度的重金属离子标准溶液的荧光抑制率，建立重金属离子的浓度与荧光抑制率的线性回归方程，根据线性回归方程和处理液b的荧光抑制率，获得待测液的重金属离子浓度。

具体地，配置梯度浓度的重金属离子的标准溶液，例如配置500ppb、250ppb、125ppb、62.5ppb、31.25ppb的hg²⁺标准溶液。在标准溶液中加入适量的量子点荧光探针，测定不同溶液的荧光抑制率，根据荧光抑制率和重金属离子浓度，建立线性回归方程。

进一步地，步骤s22中，量子点荧光探针按照以下步骤获得：

将硝酸锌溶液和咪唑类化合物溶液混合，搅拌反应后，获得反应沉淀物。具体地，将1mmol/l的六水硝酸锌溶液和5mol/l的2-甲基咪唑溶液按照等体积混合，然后磁力搅拌反应2~3h，离心、洗涤得到反应沉淀物。

获得反应沉淀物后，将反应沉淀物、柠檬酸铵、甘氨酸和油酸分散于水中，水热反应获得量子点荧光探针。具体地，将质量比为1:4~6:1.5~3:0.5~1的反应沉淀物、柠檬酸铵、甘氨酸和油酸分散在100ml水中，放入水热反应釜中，在220~280℃条件下，保温1.5~3.5h，反应产物经过过滤、透析、冷冻干燥后得到量子点荧光探针。

硝酸锌溶液和咪唑类化合物反应生成锌基沸石咪唑酯骨架结构材料，以锌基沸石咪唑酯骨架结构材料为基体，加入柠檬酸铵、甘氨酸和油酸进行水热反应，获得的复合氮掺杂碳量子点作为量子点荧光探针，荧光量子产率增高，荧光强度增强。

进一步地，获得量子点荧光探针后，还对荧光探针进行以下处理：将量子点荧光探针在放入体积比为1:2~3的聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇的混合溶液中加热回流25~40min。后续的加热回流处理，使得量子点荧光探针的表面产生缺陷位点，产物的荧光强度提高4~8%。

进一步地，本实施例中，重金属检测的金属为镍、铜、汞和铅。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种工业废水总体毒性检测方法：

（1）采集多组工业废水样品为待测液，每组样品菌经过滤膜过滤；

（2）将待测液加入到细胞板中，每孔加入2μl的活化的青海弧菌菌液作为试验组，在等体积水中加入等量的青海弧菌菌液作为对照组。

（3）振荡处理30s，然后在30℃条件下静置12min，用分光光度计分别检测试验组和对照组的光强值。

（4）计算试验组的光强值a1和对照组光强值a2的比值a0，以表征待测液的总体毒性。

实施例2

本实施例提供一种工业废水重金属检测方法，检测的重金属离子为ni²⁺；

（1）制备量子点荧光探针：将1mmol/l的六水硝酸锌溶液和5mol/l的2-甲基咪唑溶液按照等体积混合，然后磁力搅拌反应2.5h，离心、洗涤得到产物a，将质量比为1:5:2:0.8的产物a、柠檬酸铵、甘氨酸和油酸分散在100ml水中，放入水热反应釜中，在260℃条件下，保温2.5h，经过滤、透析、冷冻干燥后得到量子点荧光探针。以硫酸奎宁（荧光量子产率54%）为标准物，获得该量子点荧光探针的相对荧光量子产率为76%。

（2）配置ni²⁺梯度标准溶液，加入步骤（1）获得的量子荧光探针，测定标准溶液的荧光强度b1，以等量纯净水中量子点荧光探针的荧光强度b2为对照，计算得标准溶液的荧光抑制率b0。荧光抑制率b0在ni²⁺0.1~200ppb的浓度范围内呈良好的线性关系，检出限为0.11ppb，线性回归方程为y=3.917x+0.394，r²=0.992。

（3）采集工业废水作为待测液置于反应器中，以碳掺杂纳米氧化铅电极为正电极，以石墨电极为负对电极，在电压4v下，通电处理1.5h，通电过程中同时开启紫外光和超声波振子，获得处理液。碳掺杂纳米氧化铅电极的电极材料按如下步骤获得：剧烈搅拌下，在20wt%的牛血清蛋白溶液中加入等体积的5wt%的硝酸铅溶液，然后缓慢加入1m的氢氧化钠溶液，得到混合液。混合液过滤后分别用水和乙醇洗涤、干燥，然后在330℃条件下焙烧3h。

（4）在处理液中加入步骤（1）的量子点荧光探针，加入量步骤（2）相同。测得体系的荧光强度。将该荧光强度代入步骤（2）中的线性回归方程，得到待测液中的镍离子浓度。

实施例3

本实施例提供一种工业废水重金属检测方法，重金属离子为pb²⁺；

（1）配置pb²⁺梯度标准溶液，实施例1中获得的量子荧光探针，参照实施例1中的方法获得铅离子标准溶液的浓度和荧光抑制率的线性回归方程为y=5.887x-0.247，r²=0.987，检出限为0.09ppb。

（2）按照实施例1中的方法获得待测液中的铅离子浓度。

实施例4

本实施例提供一种工业废水重金属检测方法，与实施例2的区别之处在于，步骤（3）中，

采集工业废水作为待测液置于反应器中，以碳掺杂纳米氧化铅电极为正电极，以石墨电极为负对电极，在电压4v下，通电处理1h，通电过程中同时开启紫外光和超声波振子，获得处理液。碳掺杂纳米氧化铅电极的电极材料按如下步骤获得：剧烈搅拌下，在20wt%的牛血清蛋白溶液中加入等体积的5wt%的硝酸铅溶液，然后缓慢加入1m的氢氧化钠溶液，得到混合液。混合液过滤后分别用水和乙醇洗涤、干燥，先在210℃条件下预烧结1h，然后在330℃条件下焙烧3h。

实施例5

本实施例提供一种工业废水重金属检测方法，与实施例2的区别之处在于，步骤（1）中，

制备量子点荧光探针：将1mmol/l的六水硝酸锌溶液和5mol/l的2-甲基咪唑溶液按照等体积混合，然后磁力搅拌反应2.5h，离心、洗涤得到产物a。将质量比为1:5:2:0.8的产物a、柠檬酸铵、甘氨酸和油酸分散在100ml水中，放入水热反应釜中，在260℃条件下，保温2.5h。然后经过滤、透析、冷冻干燥后得到产物b。将产物b在放入体积比为1:2~3的聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇的混合溶液中加热回流30min，得到量子点荧光探针。

以硫酸奎宁（荧光量子产率54%）为标准物，获得该量子点荧光探针的相对荧光量子产率为83%。

对比例1

本对比例提供一种量子点荧光探针，按照以下步骤制得：

将质量比为5:2:0.8的柠檬酸铵、甘氨酸和油酸分散在100ml水中，放入水热反应釜中，在260℃条件下，保温2.5h。然后经过滤、透析、冷冻干燥后得到量子点荧光探针。以硫酸奎宁（荧光量子产率54%）为标准物，获得该量子点荧光探针的相对荧光量子产率为36%。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。