水庫(kù)水有機(jī)污染物遺傳毒性的研究

王娟婷，李 玄，于衍真

（濟(jì)南大學(xué) 土木建筑學(xué)院，濟(jì)南 250022）

隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由于大量工業(yè)廢水不達(dá)標(biāo)排放，絕大部分生活廢水不經(jīng)處理直接排放，農(nóng)村地區(qū)不合理大量使用化肥、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)，導(dǎo)致了嚴(yán)重的面源污染［1］。

大量人工合成有機(jī)物進(jìn)入水環(huán)境，這些有機(jī)物不易被微生物降解，并通過食物鏈逐級(jí)富集。研究表明，進(jìn)入水體的有機(jī)物種類繁多，絕大部分對(duì)水生生物和人體有直接或間接、急性或慢性的致毒作用，一些還能積累在組織內(nèi)部，改變細(xì)胞的DNA結(jié)構(gòu)，使組織發(fā)生癌變［2-6］。

近年來，水中有機(jī)污染物對(duì)人體健康的潛在危害及飲用水中有機(jī)污染物質(zhì)的去除效率受到人們的普遍關(guān)注［7］。

按照國(guó)內(nèi)常規(guī)給水處理工藝流程進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)枯水期與豐水期設(shè)定水源水、沉后水、濾后水及出廠水4個(gè)水樣進(jìn)行試驗(yàn)，研究常規(guī)給水處理工藝對(duì)有機(jī)污染物的去除效率，對(duì)比豐水期、枯水期進(jìn)水水質(zhì)與出水水質(zhì)，及時(shí)找到處理工藝的薄弱環(huán)節(jié)，為水質(zhì)及時(shí)調(diào)節(jié)工藝組合提供可靠參考。

為進(jìn)一步真實(shí)地反映飲用水中有機(jī)污染物對(duì)人體的危害，采用彗星實(shí)驗(yàn)［8］對(duì)脾臟淋巴細(xì)胞進(jìn)行DNA損傷研究［9-10］。淋巴細(xì)胞是機(jī)體內(nèi)一類重要的免疫細(xì)胞，是機(jī)體發(fā)生癌變的早期信號(hào)［11］。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

根據(jù)國(guó)內(nèi)水廠常用的給水處理工藝流程，組建模擬水廠流程（圖1），設(shè)定采集4個(gè)水樣：原水（A）、加混凝劑經(jīng)沉淀之后的沉后水（B）、經(jīng)快速砂濾池的濾后水（C）及液氯消毒后的出水（D）。進(jìn)水采樣分兩期進(jìn)行，枯水期（1月），豐水期（8月）。將水樣進(jìn)行有機(jī)物富集，應(yīng)用GC/MS分析技術(shù)分析各水樣有機(jī)提取物的主要成分，將富集后的物質(zhì)復(fù)溶，配置成高、中、低3個(gè)不同濃度溶液喂養(yǎng)雌性小白鼠，連續(xù)染毒7d，處死小鼠，取小鼠脾臟細(xì)胞做彗星試驗(yàn)［12］。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 有機(jī)物提取物的GC/MS成分分析

表1和表2顯示了應(yīng)用GC/MS分析枯水期與豐水期水樣有機(jī)提取物的成分，其中枯水期共定性出有機(jī)物10種，進(jìn)水中檢測(cè)出42種有機(jī)物，豐水期共定性出有機(jī)物13種，進(jìn)水中檢測(cè)出44種有機(jī)物。在豐水期、枯水期有機(jī)污染物中，單環(huán)芳烴類和多環(huán)芳烴類化學(xué)物都居于首位。與枯水期相比，來自豐水期水樣的有機(jī)物種類和數(shù)量均比相應(yīng)的枯水期水樣的多，這與化肥農(nóng)藥等成分通過豐水期雨水沖刷和地表徑流進(jìn)入水體有很大關(guān)系。

表1 枯水期水樣濃縮物中有機(jī)成分

表2 豐水期水樣濃縮物中有機(jī)成分

2.2 枯水期與豐水期小白鼠脾臟淋巴細(xì)胞彗星實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在彗星圖像中，彗頭代表細(xì)胞核，即未斷裂的、分子量較大的DNA片段，彗尾代表細(xì)胞核中DNA片段在電場(chǎng)作用下的遷移，DNA片段越小，遷移的距離越遠(yuǎn)，分子量小的DNA片段越多，彗星圖像分散程度越高。

當(dāng)前，評(píng)價(jià)彗星實(shí)驗(yàn)結(jié)果常用的定量指標(biāo)主要有：彗星尾長(zhǎng)、彗尾DNA含量和尾矩［13］。在較低損傷范圍內(nèi)，尾長(zhǎng)與損傷呈線性關(guān)系；在高損傷范圍時(shí)，尾長(zhǎng)并不隨損傷程度的增加而增長(zhǎng)。而彗尾DNA含量及尾矩與損傷程度關(guān)系密切，因此，選用彗尾DNA含量及尾矩更能準(zhǔn)確反映DNA損傷程度。

圖2、圖3分別是枯水期、豐水期4種水樣分別喂養(yǎng)小白鼠后，小白鼠脾臟細(xì)胞的彗星實(shí)驗(yàn)圖。

圖2 枯水期有機(jī)提取物對(duì)小鼠淋巴細(xì)胞DNA損傷的彗星實(shí)驗(yàn)

圖3 豐水期有機(jī)提取物對(duì)小鼠淋巴細(xì)胞DNA損傷的彗星實(shí)驗(yàn)

從彗星圖片中，可以看出枯水期和豐水期的各階段水樣，對(duì)小白鼠脾臟細(xì)胞DNA都有不同程度的損傷，而且隨著喂養(yǎng)溶液濃度的增大，損傷程度增大。

2.3 淋巴細(xì)胞DNA損傷結(jié)果

采用彗尾DNA含量這一指標(biāo)，利用計(jì)算機(jī)圖像分析軟件實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖4～圖6。

圖4 枯水期彗星實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5 豐水期彗星實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6 枯水期與豐水期進(jìn)水彗星實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4與圖5表明無論是豐水期還是枯水期，從進(jìn)水到沉后水、濾后水及出水的有機(jī)提取物均對(duì)小鼠脾臟淋巴細(xì)胞有不同程度的DNA損傷。并且隨著有機(jī)提取物濃度的增加，尾部DNA含量增加，即DNA損傷程度增加。其中未經(jīng)任何處理的進(jìn)水的DNA損傷最高，而濾后水的DNA損傷最低。經(jīng)過砂濾池過濾的濾后水再經(jīng)消毒處理，其出水的DNA損傷與濾后水相比均呈現(xiàn)增高的現(xiàn)象，這主要是采用液氯消毒產(chǎn)生了消毒副產(chǎn)物的緣故［14-15］。

圖6顯示了不同濃度的枯水期與豐水期進(jìn)水有機(jī)提取物對(duì)彗星尾部DNA含量的影響，豐水期的響應(yīng)值明顯高于枯水期，并且隨著提取物濃度的增大，這種差異越來越明顯。這種差異與水庫(kù)所在地在豐水期和在多雨季節(jié)當(dāng)?shù)靥镩g施用化肥與農(nóng)藥有很大關(guān)系，這些化肥與農(nóng)藥成分隨著雨水的沖刷和地表徑流大部分進(jìn)入飲用水水源。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）飲用水源的污染對(duì)給水處理工藝提出新的挑戰(zhàn)。常規(guī)水處理工藝可以在一定程度上降低水中有機(jī)污染物的遺傳毒性，但不能消除危害。

（2）我國(guó)飲用水消毒仍然以液氯消毒為主，由于消毒副產(chǎn)物的存在，增加了水的遺傳毒性。

（3）水庫(kù)在枯水期與豐水期的水質(zhì)常規(guī)理化監(jiān)測(cè)沒有任何超標(biāo)，但豐水期水樣中有機(jī)提取物的有機(jī)物種類與數(shù)量明顯高于枯水期，前者對(duì)小鼠淋巴細(xì)胞的DNA損傷程度也高于后者。這類有機(jī)污染物大部分為持久性有機(jī)污染物，可以在環(huán)境中穩(wěn)定存在，在人和動(dòng)物體內(nèi)富集，直至中毒的濃度。

（4）水廠處理工藝要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或者添加必要的預(yù)處理，以適應(yīng)不斷變化的原水水質(zhì)，保障良好的飲用水水質(zhì)［13-15］。

（5）利用顆粒性活性炭代替快速砂濾池，減少消毒副產(chǎn)物前體；開發(fā)和應(yīng)用新型消毒劑，防止消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生等。

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