圖1. Baroxymeter——用于檢測廢水毒性的便攜式呼吸計。
“如果將直接毒性評估值作為水的化學狀態的額外參數，就可以提高對那些化學監測手段無法檢測出的污染物暴露的監測幾率”。這是摘自“歐盟水框架指令”的一段話，其中所倡議的是采用生物測定來評估水及污水當中的毒性，因為化學分析法無法給出有關水和污水毒性成分的直接信息。
檢測和控制特定物質以及廢水特性是工業污水排放規范化的基礎，如對pH值、BOD以及一些特定的化學污染物質的檢測等。通過這種方式許多排放問題可以得到充分地控制，一些成分較為復雜的廢水則需要采用額外控制措施，以確保實現對環境的保護。然而，對所含成分較為復雜的廢水進行詳盡的化學分析通常會帶來難以承受的高昂成本。直接毒性評價（DTA）是一種基于風險所設計的評估方法，它以對于生物系統所產生的影響作為基礎，對受排放廢水污染的水體中生態系統有可能造成的污染風險情況做出評價。DTA是針對復雜廢水而設計的，在這些廢水中存在的各種物質之間的相互影響及作用都是不可知的，因此，DTA是對廢水毒性的衡量指標，而不是對特定廢水物質濃度的測量指標。這種方法可以提供對于所有成分的聯合生物影響的整體性評價（包括對未知物質以及目前尚沒有確定環境質量標準或分析方法的物質）。 DTA可以預測廢水對于環境的危害風險，并評估過程控制措施的有效性，這種方法通常涉及到估測廢水的致毒性，通常采用一套經過標準化水生生態毒性試驗進行測量。 DTA對于傳統的針對具體化學物質的廢水分析方法是一種補充。
圖2. 典型Baroxymeter實驗結果圖。
目前已經有許多試驗和儀器可用于分析廢水和源水水質。但是，多數能夠測定毒性的分析儀器均以實驗室為基礎，通常情況下只能在數天或數小時后才能得出結果，而且通常情況下要求由經過特殊培訓的人員來執行試驗操作。因此，在需要快速完成毒性評估的情況下，如在污水處理廠廢水處理部分（如果此部分存在毒性，則有可能導致處理廠內的活性污泥生物群體的生物活性受到抑制，從而帶來明顯的生態受破壞和財務受損的后果）。一種可以迅速檢測出毒性影響的方法或儀器就顯得十分重要。DTA方法不僅可以用于檢測，還可用于評價可能的保護措施，目前，監管機構和業內人士認為，DTA應當包括一套監測技術，并包括一個便攜式的快速響應指示器，以便用于檢測進水污水和排放污水之中是否有毒性存在的情況。這樣，作為一種可以在現場執行事故檢測、故障排除以及對可能有問題的排放進行監管的低成本便攜式系統，將成為監測系統的一個重要成員。
Baroxymeter（如圖1所示）是由Biosynergy（歐洲）有限公司研發生產的用于檢測廢水毒性的便攜式呼吸計，是一套可以直接用于早期快速檢測目標樣品毒性的預警系統，該裝置可以保護廢水處理廠內的活性污泥設施不受進入廢水中有毒物質的損害；同時也可以為廢水處理廠的運營方提供廢水源的毒性檢測；此外，Baroxymeter可用于制藥廠、化學品生產廠、食品加工廠廢水排放的毒性達標檢測。
工作原理
Baroxymeter能夠監測某種惡臭假單胞菌在試驗污水樣本中的呼吸作用，并與基準樣品進行對比，然后將結果作為呼吸抑制百分比來報告。其原理是有毒樣品會抑制細菌呼吸作用，通過監測一段時間內污水樣本培養基的密閉腔室頂部空間壓力下降情況來實現對呼吸作用的測量。呼吸過程中生產CO2會吸附在堿石灰濾芯上，導致培養基的耗氧量的改變，從而導致實測值的改變。
圖3. ZnS的呼吸抑制作用——實驗室間可靠性研究。
系統結構
Baroxymeter套件包括惡臭假單胞菌培養基試劑瓶，毒性和非毒性校準樣品，一個堿石灰濾芯以及用于數據處理和運行控制的軟件。該儀器能夠以數字值顯示毒性，而且可以另外采用一個綠－黃－紅燈指示器顯示直觀的“毒性”評級。
操作綜述
Baroxymeter的操作十分方便簡單，將一份實驗室樣品放置在試驗腔室內，然后閉合蓋板，檢測過程僅需10min即可完成（如圖2所示），樣品經過5min的孵育，而后經歷一系列的試驗周期，每個周期有30s的通風間隔期（腔室向大氣開放）以及30s的測量間隔期（腔室密封）。該儀器配有附帶的試劑，可用于現場校準，之后無需其他校準即可執現場試驗。Baroxymeter的測量結果采用一種與交通信號燈類似的LED指示燈顯示樣品毒性級別（其中，綠色＝無毒性、黃色＝懷疑有毒，而紅色＝有毒），如果樣品試驗結果表示為黃色即“懷疑有毒”，則可以再重新執行一次試驗。在默認設置下，呼吸抑制作用≥40%時為有毒，而≤20%的抑制作用為無毒，落在這兩個數值之間的結果則屬于“懷疑有毒”，需要再次試驗（這些毒性閾值屬于推薦值，并可以調節）。
圖4. 采用Baroxymeter測定的3，5-二氯苯酚的劑量響應曲線。
Baroxymeter能存儲多達100項試驗結果，該儀器可以預先載入現場樣本名稱和操作者的詳細資料。 而且，還有一個設置項可以用于評估一系列樣本（10%~100%），使得EC50或其他研究可以很方便地執行。
Baroxymeter配備了三種軟件層級，可以根據用戶的需要執行簡單的Excel下載或復雜的數據分析。
如圖3所示，在英國環保局和Biosynergy（歐洲）有限公司所執行的實驗室間可靠性研究的結果中顯示，在使用Baroxymeter測試標準毒性物質ZnS時表現出較高的一致性，最終這些試驗結果將組成一項更大規模的合作研究數據。
如圖4所示，用Baroxymeter測定的3,5-二氯苯酚的劑量響應曲線，可以通過測試最初50mg/L濃度樣品的稀釋樣品，就可以測定其安全稀釋濃度。在此項試驗當中表明，約為8mg/L的DCP濃度是安全濃度，而EC50濃度約為10mg/L。
表1為Baroxymeter呼吸計與Strathkelvin呼吸計之間毒性試驗的對比研究結果，Strathkelvin呼吸計是一種用于毒性研究的實驗室儀器，這兩種儀器的毒性檢測均以監測接觸到的樣品細菌的耗氧量為基礎，但每一種儀器顯示結果的方式不同。因此，為了獲得可以對比的結果，這兩種儀器的操作者均將結果報告以“合格”或“不合格”表示，其測量結果完全吻合，而且在測定安全稀釋濃時也是一致的。
小結
直接毒性評價具有一定風險性，它采用了生物試驗系統來評估受污染水體內生態系統可能遭受的損害，Baroxymeter使廢水的毒性作為一個整體得以評價，而不是對其組成物質進行評價。在當前水體污染越來越嚴重的情況下，一種可以迅速檢測出毒性影響的儀器具有至關重要的作用，它不僅適用于檢測，而且適用于保護廢水處理廠安全的評估保護行動。Baroxymeter這款設計用于對污水執行直接毒性評價的便攜式呼吸計，可以由非技術人員于10min內將現場污水的毒性檢測出來，研究結果已經表明，Baroxymeter具有便攜性、成本低廉和易于操作的優勢，可當作毒性檢測用的快速早期預警系統。