基于斑馬魚和發(fā)光細(xì)菌評估制革廢水毒性及其削減效率

陳文艷，趙遠(yuǎn)，鄭國娟，馬勇，雷春生，蔡強(qiáng),*

1. 常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，常州 213164 2. 浙江清華長三角研究院，嘉興 314006 3. 浙江省環(huán)境監(jiān)測中心，杭州 310012

基于斑馬魚和發(fā)光細(xì)菌評估制革廢水毒性及其削減效率

陳文艷1,2，趙遠(yuǎn)1，鄭國娟2，馬勇3，雷春生1，蔡強(qiáng)2,*

1. 常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，常州 213164 2. 浙江清華長三角研究院，嘉興 314006 3. 浙江省環(huán)境監(jiān)測中心，杭州 310012

隨著制革工業(yè)在我國的迅速發(fā)展，其導(dǎo)致的環(huán)境污染問題也逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。為評價(jià)制革廢水的生物毒性以及處理工藝對毒性的削減效率，選擇費(fèi)氏弧菌、明亮發(fā)光桿菌、斑馬魚幼魚及其胚胎作為受試生物，分析了制革廢水的急性毒性和發(fā)育毒性，比較了不同受試生物對制革廢水毒性的敏感性，并結(jié)合理化指標(biāo)對廢水的毒性削減進(jìn)行了評估。結(jié)果表明：不同受試生物的敏感性大小為斑馬魚胚胎>明亮發(fā)光桿菌>斑馬魚幼魚>費(fèi)氏弧菌明亮發(fā)光桿菌>斑馬魚胚胎>斑馬魚幼魚>費(fèi)氏弧菌；發(fā)光菌及斑馬魚幼魚急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制革廢水經(jīng)過整個(gè)工藝處理后，廢水的急性毒性已降至檢測線以下，即0 TUa；斑馬魚胚胎毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過處理的制革廢水仍存在急性毒性，基礎(chǔ)毒性當(dāng)量為0.5 TUa，同時(shí)還對胚胎的發(fā)育存在一定影響，對胚胎孵化及畸形的毒性當(dāng)量分別為0.7 TUa和0.13 TUa。綜上可知，處理后的制革廢水對環(huán)境的影響已得到初步的有效控制，但仍需進(jìn)一步處理以達(dá)到更大程度削減毒性的目的。

斑馬魚；發(fā)光菌；制革廢水；毒性評價(jià)

自20世紀(jì)末開始，隨著皮革工業(yè)由發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，由此造成的水環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重。據(jù)中國皮革協(xié)會(huì)報(bào)告，截至2007年底，中國皮革加工年產(chǎn)量為7.2億m3，每年可向環(huán)境排放廢水約1.5億t[1]，并且廢水中成分復(fù)雜，含有大量的無機(jī)鹽類、懸浮物、硫化物，鉻及植物鞣劑等有毒有害物質(zhì)[2]。雖然部分制革廢水已經(jīng)得到一定程度的凈化處理，出水的理化指標(biāo)也達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級標(biāo)準(zhǔn)，但其仍然存在著毒性和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。為了評估其毒性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，有研究者利用發(fā)光菌[3]、藻類[4]、大型蚤[3,5]以及Ames試驗(yàn)[3]分析制革廢水的急性毒性、遺傳毒性。

另一方面，以魚類作為受試生物的毒性評估方法日益成熟，也逐漸在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估中得到應(yīng)用。如肖雨堂等[6]以斑馬魚為受試生物對深度脫色處理后的印染廢水進(jìn)行了急性毒性研究。王子健等[7]利用日本青鳉評估印染廢水的毒性效應(yīng)。但采用生物毒性測試方法檢測制革廢水毒性的研究尚不多見，尤其是利用模式生物斑馬魚來評價(jià)制革廢水毒性的研究尚無記載。而斑馬魚作為一種模式生物，其胚胎具有易觀察、可在母體外生長等優(yōu)點(diǎn)。

因此，本文擬采用斑馬魚幼魚急性毒性及其胚胎發(fā)育毒性試驗(yàn)，以制革廢水為研究對象，并結(jié)合發(fā)光菌(費(fèi)氏弧菌及明亮發(fā)光桿菌)急性毒性、物理化學(xué)指標(biāo)(化學(xué)需氧量COD、氨氮、重金屬含量等)分析制革廢水的生物毒性、主要的致毒物質(zhì)以及評價(jià)不同工藝對廢水毒性削減程度，旨在為進(jìn)一步制定排放標(biāo)準(zhǔn)和最終達(dá)標(biāo)排放提供依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 主要儀器

Cary100紫外分光光度計(jì)(Agilent公司)、Glomax Multi微孔板型多功能檢測儀(Promega公司)、TS100-F倒置顯微鏡(Nikon公司)、火焰原子吸收光譜儀(Agilent公司)。

1.2 試驗(yàn)材料

供試生物：費(fèi)氏弧菌(NRRL B-11177，采用實(shí)驗(yàn)室制作的發(fā)光細(xì)菌凍干粉，初始發(fā)光強(qiáng)度高于200萬光子數(shù))、明亮發(fā)光桿菌(T3小種，采用實(shí)驗(yàn)室制作的發(fā)光細(xì)菌凍干粉，初始發(fā)光強(qiáng)度高于200萬光子數(shù))、斑馬魚(AB純系，采用實(shí)驗(yàn)室長期穩(wěn)定培養(yǎng)并達(dá)到性成熟的斑馬魚，水溫為(28±0.5) ℃，光暗比為16 h∶8 h，且7 d內(nèi)自然死亡率不超過5%)。

圖1 制革廢水處理工藝流程及采樣點(diǎn)注：CASS工藝為周期循環(huán)活性污泥法。Fig. 1 Tannery wastewater treatment process and the sampling sitesNote: CASS is cyclic activated sludge system.

供試污水：污水來自桐鄉(xiāng)市A制革污水處理廠的進(jìn)水、混凝沉淀池出水以及CASS(周期循環(huán)活性污泥法)池出水(見圖1)。水樣采集后，測定水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)(見表1和表2)，并置于4 ℃冷庫中冷藏。試驗(yàn)前取出，自然升溫至24 ℃～26 ℃后使用。

試驗(yàn)用水：其中發(fā)光菌急性毒性試驗(yàn)中樣品的稀釋采用去離子水；斑馬魚毒性試驗(yàn)中樣品稀釋采用配制的標(biāo)準(zhǔn)稀釋水(GB/T 13267—1991)[8]。

1.3 斑馬魚胚胎的獲得

運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室長期穩(wěn)定培養(yǎng)的性成熟斑馬魚，按照雌雄比1∶2的比例置于孵化盒中，并置于黑暗條件下。在形成受精卵后，防止成魚掠食魚卵，立即收集魚卵，并用標(biāo)準(zhǔn)稀釋水沖洗2～3次，取出殘留物后，用顯微鏡挑出分裂正常的受精卵，用于斑馬魚胚胎發(fā)育毒性試驗(yàn)。另外，挑出分裂正常的受精卵，經(jīng)過72 h孵化后形成幼魚，顯微鏡下觀察并挑出正常發(fā)育的幼魚用于急性毒性試驗(yàn)。

1.4 發(fā)光菌急性毒性試驗(yàn)

按照5個(gè)稀釋度(分別為6.25%、12.5%、25%、50%及100%)用去離子水稀釋待測廢水。將發(fā)光細(xì)菌凍干粉復(fù)蘇后進(jìn)行試驗(yàn)，選用96孔細(xì)胞培養(yǎng)板作為染毒載體，通過微孔板型多功能檢測儀進(jìn)行發(fā)光檢測。向每孔中加入100 μL去離子水(作為空白對照)或受試廢水，再加入同體積的菌液，反應(yīng)15 min后進(jìn)行測定，每個(gè)濃度進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別以廢水相對發(fā)光度和15 min半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)表示[9]。

1.5 斑馬魚幼魚96 h急性毒性試驗(yàn)

按照5個(gè)稀釋度，進(jìn)水(分別為30%、35%、40%、45%及50%)、混凝沉淀池出水(分別為40%、55%、70%、85%及100%)及CASS池工藝出水(分別為6.25%、12.5%、25%、50%及100%)，用標(biāo)準(zhǔn)稀釋水稀釋受試廢水。將標(biāo)準(zhǔn)稀釋液作為對照，每個(gè)濃度梯度設(shè)3個(gè)平行。實(shí)驗(yàn)用魚為孵化后1 h的正常斑馬魚幼魚。向每個(gè)培養(yǎng)皿中加入15 mL測試溶液和10條幼魚。每24 h觀察并記錄死亡情況，及時(shí)清除死亡的幼魚和代謝物。最終廢水毒性以96 h死亡率和96 h半數(shù)致死濃度(LC50)來表示[10]。

1.6 斑馬魚胚胎毒性試驗(yàn)

按照5個(gè)稀釋度(分別為30%、35%、40%、45%及50%)稀釋制革廢水，標(biāo)準(zhǔn)稀釋水為對照組，每個(gè)濃度梯度設(shè)3個(gè)平行。并選用24孔細(xì)胞培養(yǎng)板進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)培養(yǎng)板的第一列4個(gè)孔加入1 mL標(biāo)準(zhǔn)稀釋水作為空白對照，其余20個(gè)孔加入1 mL受試溶液，然后放入1枚正常發(fā)育的受精卵(1 hpf，受精后1 h)，并置于(28±0.5) ℃的培養(yǎng)箱中。每24 h觀察并記錄胚胎的胚胎損傷、發(fā)育、死亡情況，并及時(shí)清除死亡的胚胎。到72 hpf時(shí)，記錄孵化數(shù)，直到所有能孵出的胚胎全部孵出，觀察并記錄畸形率[11]。

1.7 毒性及其削減評價(jià)方法

制革廢水對發(fā)光菌、斑馬魚幼魚急性毒性及胚胎發(fā)育毒性的評價(jià)分別采用15 min-EC50、96 h-LC50及72 h-ELC50、72 h-HEC50和72 h-MEC50。在這里ELC50、HEC50和MEC50分別表示制革廢水使斑馬魚胚胎死亡率、孵化率及畸形率都達(dá)到50%時(shí)所對應(yīng)的濃度。毒性的削減根據(jù)毒性單位(TU, toxicity unit)計(jì)算得到，計(jì)算公式如下[7]：

若當(dāng)受試生物暴露于體積百分比為100%的廢水中時(shí)，所導(dǎo)致的劑量效應(yīng)未達(dá)到50%，從而無法得到LC50(或EC50)，TU可通過以下公式計(jì)算得到[7]:

TU=RE×100×0.02

RE是經(jīng)受試廢水染毒后，發(fā)光菌相對抑制發(fā)光強(qiáng)度及斑馬魚幼魚和胚胎的死亡率(%)。

去除率可通過下列公式計(jì)算得到：

1.8 數(shù)據(jù)處理

LC50與EC50值采用Origin8.0進(jìn)行計(jì)算處理。發(fā)光菌急性毒性試驗(yàn)結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來表示，對發(fā)光菌、斑馬魚幼魚、斑馬魚胚胎急性毒性及斑馬魚胚胎發(fā)育毒性試驗(yàn)的每個(gè)染毒組與對照組的顯著性差異采用SPSS 16.0進(jìn)行分析比較(p<0.05)。

2 結(jié)果(Results)

2.1 制革廢水的理化指標(biāo)

制革廢水的理化參數(shù)測定結(jié)果可見表1和表2。由表1可以看出進(jìn)水及混凝沉淀池出水，主要指標(biāo)如COD及氨氮含量較高，而經(jīng)過CASS工藝處理后，理化指標(biāo)基本都達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的排放要求，可直接排放，且可得到COD、氨氮及總磷的去除率分別為84.8%、92.0%和83.2%。從表2中，可以看出Cr、Zn和Cu含量較高，但經(jīng)過CASS工藝處理后出水中重金屬含量已經(jīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 制革廢水進(jìn)水及各工藝段出水的常規(guī)理化指標(biāo)Table 1 Physiological parameters of tannery wastewater influent and effluents from different treatment units

表2 制革廢水進(jìn)水及各工藝段出水的重金屬含量Table 2 Concentrations of heavy metals in tannery wastewater influent and effluents from different treatment units (mg·L-1)

2.2 制革廢水對發(fā)光菌的急性毒性

表3是制革廢水的原水及經(jīng)不同工藝段處理后的廢水對2種發(fā)光菌的15 min-EC50及相對發(fā)光強(qiáng)度，表4是相應(yīng)計(jì)算得到的毒性單位。由表3可以看出原水及混凝沉淀池出水對發(fā)光菌都有較高抑制作用，原水對費(fèi)氏弧菌和明亮發(fā)光桿菌相對發(fā)光強(qiáng)度分別為45.4%和6.6%，同樣混凝沉淀池出水對費(fèi)氏弧菌和明亮發(fā)光桿菌的相對發(fā)光強(qiáng)度分別為59.7%和24.0%，說明混凝沉淀池出水之前的處理工藝削減了廢水毒性，但仍然存在一定程度的毒性；而相反，CASS工藝出水對發(fā)光菌的發(fā)光具有促進(jìn)作用，與理化特性相對照，其可能的原因是廢水經(jīng)CASS工藝處理后，大部分的有毒污染物得到了凈化處理，而其出水中又含有易于發(fā)光菌發(fā)光的營養(yǎng)物質(zhì)，如營養(yǎng)鹽等，從而可促進(jìn)發(fā)光菌發(fā)光；從發(fā)光菌15 min-EC50結(jié)果及毒性單位值(見表4)來看，明亮發(fā)光桿菌的敏感性要高于費(fèi)氏弧菌，且經(jīng)過混凝沉淀池出水之前的工藝處理后，毒性削減了70.2%。此外，經(jīng)CASS工藝處理后，毒性已降至檢測限以下，這表明經(jīng)過整個(gè)工藝處理后，進(jìn)水對2種發(fā)光菌的急性毒性被完全去除。

表3 制革廢水進(jìn)水及不同工藝段廢水對發(fā)光菌的急性毒性效應(yīng)Table 3 Acute toxic effect on luminescent bacteria exposed to tannery wastewater influent and effluents from different treatment units

2.3 制革廢水對斑馬魚幼魚急性毒性及胚胎發(fā)育毒性

2.3.1 制革廢水對斑馬魚幼魚急性毒性

受試廢水對斑馬魚幼魚的急性毒性結(jié)果見表5?？梢钥闯?，當(dāng)剛孵化出的幼魚暴露在進(jìn)水、混凝沉淀池出水中96 h后，致死率均達(dá)到100%，且可通過計(jì)算得到相應(yīng)的LC50，分別為43.3%及77.6%；而出水對斑馬魚幼魚不存在急性毒性。通過斑馬魚幼魚急性毒性試驗(yàn)，可得到混凝沉淀工藝前的毒性去除效率為44.2%，且經(jīng)CASS工藝處理后，毒性已降至檢測限以下，這表明經(jīng)過物理、化學(xué)、生物等工藝處理后，進(jìn)水對斑馬魚幼魚的急性毒性被完全削減。而將幼魚暴露在標(biāo)準(zhǔn)稀釋水中96 h后，幼魚死亡率為0%。

表4 制革廢水進(jìn)水及不同工藝段出水對發(fā)光菌的毒性當(dāng)量Table 4 Toxicity unit of tannery wastewater influent and effluents from different treatment units in luminescent bacteria assay

表5 制革廢水進(jìn)水及不同工藝段出水對斑馬魚幼魚的急性毒性Table 5 Acute toxic effect on zebrafish larvae exposed to tannery wastewater influent and effluents from different treatment units

2.3.2 制革廢水對斑馬魚胚胎的發(fā)育毒性

在各工藝段出水中的短期暴露對斑馬魚胚胎的發(fā)育、死亡率、孵化率及畸形率都產(chǎn)生了一定程度的影響(見表6和表7，圖2和圖3)?？梢钥闯?，進(jìn)水及混凝沉淀池出水對胚胎致死率的LC50(ELC50)分別為19.31%和65.91%，而CASS工藝出水對胚胎的致死率低于50%，因此無法得到LC50無抑制作用；進(jìn)水及混凝沉淀池出水對胚胎孵化率的EC50(HEC50)分別為15.72%和27.08%，CASS工藝出水對其同樣無影響；進(jìn)水及混凝沉淀池出水對胚胎畸形率的EC50(MEC50)分別為37.5%和80.11%，CASS工藝出水對胚胎的畸形率低于50%，因此無法計(jì)算EC50。此外，可以看出制革廢水最終出水對斑馬魚胚胎仍存在一定的影響，對致死、孵化及致畸的毒性當(dāng)量分別為0.5 TUa、0.7 TUa及0.13 TUa。通過以上結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)對于進(jìn)水及混凝沉淀池出水，HEC50

圖2 制革廢水進(jìn)水及不同工藝段出水對 斑馬魚胚胎早期發(fā)育的影響Fig. 2 Effect on the early development of zebrafish embryo exposed to tannery wastewater influent and effluents from different treatment units

同時(shí)，還觀察了經(jīng)CASS工藝出水染毒后，斑馬魚胚胎的發(fā)育、孵化及畸形情況。主要包括24 h的20 s內(nèi)主動(dòng)活動(dòng)、24 h尾部延展、24 h眼點(diǎn)發(fā)育、48 h心律不齊、48 h色素沉積、48 h心包水腫、72 h孵化率及72 h畸形率。而在這些毒性終點(diǎn)中比較敏感的主要是24 h尾部延展、48 h心包水腫、72 h孵化率及72 h畸形率(見圖3)。

表6 制革廢水進(jìn)水及不同工藝段出水對斑馬魚胚胎急性毒性和發(fā)育毒性Table 6 Acute and developmental toxicity to zebrafish embryo exposed to tannery wastewater influent and effluents from different treatment units

注： ELC50、HEC50及MEC50分別表示斑馬魚胚胎暴露于廢水中，達(dá)到50%死亡、孵化及畸形所對應(yīng)的廢水濃度。Note: ELC50, HEC50and MEC50respectively represent the concentration of wastewater for 50% of embryonic mortality, hatching and malformation.

表7 制革廢水進(jìn)水及不同工藝段出水對斑馬魚胚胎急性毒性和發(fā)育毒性的毒性當(dāng)量Table 7 Toxicity unit of tannery wastewater influent and effluents from different treatment units in acute and developmental toxicity test with zebrafish embryos

圖3 CASS工藝出水對斑馬魚胚胎早期發(fā)育的影響注：a，d，g分別為24 h、48 h和72 h正常發(fā)育的胚胎或孵化的幼魚；b，染毒后24 h眼點(diǎn)未發(fā)育的胚胎；c，染毒后24 h尾巴未延展的胚胎； e，染毒后48 h心包水腫的胚胎；f，染毒后48 h尾巴彎曲的胚胎；h，染毒后72 h脊椎彎曲的胚胎；i，染毒后72 h未孵化的胚胎。Fig. 3 Effect on the early development of zebrafish embryo exposed to effluent after treatment by CASSNote: (a, d, g) 24,48,72 h-normal development; (b) 24 h-no development of the embryonic eyespot;(c) 24 h-no extension of the embryonic tail; (e) 48 h-pericardial edema; (f) 48 h-tail curving; (h)72h-malformed larvae treated with wastewater); (i) 72h-unhatched embryos

3 討論(Discussion)

3.1 斑馬魚對制革廢水的敏感性

本研究選擇了斑馬魚幼魚及其胚胎為受試生物，對制革廢水的毒性進(jìn)行了評價(jià)，并與發(fā)光菌測試結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，斑馬魚胚胎具有較高的敏感性，敏感性從大到小分別為斑馬魚胚胎>明亮發(fā)光桿菌>斑馬魚幼魚>費(fèi)氏弧菌。可看出斑馬魚幼魚對制革廢水的敏感性要弱于胚胎，但這與原居林等[12]的研究結(jié)果正好相反。

有研究表明發(fā)光菌在pH為5.0～9.0時(shí)，其發(fā)光強(qiáng)度不受pH的影響，通過表1可看出待測廢水的pH值在7.0左右，因此發(fā)光菌的發(fā)光強(qiáng)度幾乎不受pH的影響[13]。此外，吳寅等[14]發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH為6.0～8.0時(shí)，斑馬魚胚胎的致死率及孵化率無顯著變化。通過以上分析可推斷待測廢水的pH值對發(fā)光菌及斑馬魚的毒性幾乎無影響。

Cabral等[15]和Lue-Kim[16]等研究發(fā)現(xiàn)，存在于廢水中的金屬會(huì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使非極性有機(jī)物更容易穿過細(xì)胞膜從而造成毒性。除此之外，該制革廢水氨氮含量比較低，而有研究表明，氨氮對幼魚生長存在著抑制作用[17]。這表明當(dāng)氨氮含量較低時(shí)，會(huì)削弱廢水對幼魚的毒性作用。本文的結(jié)果結(jié)合之前的研究可知，造成斑馬魚胚胎敏感性高于幼魚的主要原因可能是本研究中采集的制革廢水的電導(dǎo)率較高，且重金屬Cr、Zn及Cu含量也比較高以及氨氮含量低所致。有研究表明當(dāng)pH值為7.0時(shí)，Cu2+對斑馬魚胚胎的96 h-EC50為0.096 mg·L-1[14]，而本研究待測廢水的進(jìn)水、混凝沉淀池出水及最終出水的重金屬Cu含量分別為0.163、0.142及0.022 mg·L-1，所以推斷Cu2+會(huì)對斑馬魚胚胎的發(fā)育、死亡及孵化產(chǎn)生較大的影響。

有研究表明，廢水中的聯(lián)苯胺類[18]、烷基酚類[19]和壬基酚[20]等有機(jī)污染物會(huì)對斑馬魚胚胎的早期階段產(chǎn)生一定的毒害作用，因此推斷可能制革廢水中也含有一定量的這類有機(jī)污染物，這可能是造成對胚胎毒性高于幼魚的原因之一，這個(gè)問題需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。

3.2 制革廢水的毒性評價(jià)及削減評估

制革廢水進(jìn)水及不同工藝段出水除了對發(fā)光菌、斑馬魚幼魚及胚胎產(chǎn)生急性毒性，還對斑馬魚胚胎的發(fā)育具有抑制作用，主要體現(xiàn)在對各發(fā)育階段毒性終點(diǎn)的影響，如24 h尾巴未延展、48 h心包水腫、72 h脊椎彎曲等。Lin等[21]評價(jià)了西維因?qū)Π唏R魚胚胎早期發(fā)育的影響，觀察到心包水腫的現(xiàn)象。同時(shí)，Zhang等[22]通過將斑馬魚胚胎暴露于巰基丙酸修飾的CdSe量子點(diǎn)溶液中，觀察到染毒后24 h尾巴未延展及72 h脊椎彎曲等現(xiàn)象。目前尚未有機(jī)制能夠解釋胚胎產(chǎn)生畸形的原因，但Cheng等[23]提出假設(shè)，產(chǎn)生脊柱彎曲可能是由于肌球蛋白和肌節(jié)合成減少引起的，這個(gè)假設(shè)仍需要得到進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

本研究還對制革廢水處理工藝的毒性削減進(jìn)行了評估。進(jìn)水、混凝沉淀池出水、CASS工藝出水對斑馬魚胚胎致死率的毒性當(dāng)量分別為5.18 TUa、1.52 TUa和0.5 TUa，通過此結(jié)果可得到污水處理工藝對毒性的總?cè)コ蕿?0.3%，其中從粗格柵到混凝沉淀工藝的去除率為70.7%，CASS工藝對毒性的去除率達(dá)到67.1%。由表1和表2可以看出，經(jīng)過混凝沉淀池出水之前的工藝處理，COD、總磷及重金屬并未得到去除，但由斑馬魚胚胎毒性試驗(yàn)來看，毒性得到了很大削減。這是因?yàn)樗馑峄貙⒏叨拘缘拇蠓肿踊衔镛D(zhuǎn)化成了低毒性的小分子化合物，而且混凝沉淀工藝也會(huì)使重金屬進(jìn)入污泥而被轉(zhuǎn)移，從而大大降低了廢水的毒性。而斑馬魚幼魚96 h急性毒性試驗(yàn)，反映出CASS工藝對毒性的去除率達(dá)到了100%；通過發(fā)光菌急性毒性試驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)CASS工藝的毒性去除率也達(dá)到了100%，這說明經(jīng)過CASS工藝處理后，廢水中能對費(fèi)氏弧菌及明亮發(fā)光桿菌的發(fā)光作用產(chǎn)生抑制效應(yīng)的有毒物質(zhì)都被去除。

因而，僅依靠單一生物毒性試驗(yàn)不能全面而準(zhǔn)確地評價(jià)廢水的毒性，而利用由處于不同營養(yǎng)級的生物組成的成組生物毒性試驗(yàn)可更直觀地反映出廢水的綜合毒性[24]。本研究中制革廢水的最終出水的常規(guī)理化指標(biāo)均達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的排放要求；且通過發(fā)光菌及斑馬魚幼魚急性毒性試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理的制革廢水毒性已降至檢測限以下，即0 TUa。但斑馬魚胚胎發(fā)育毒性試驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過處理的制革廢水不僅存在急性毒性，基礎(chǔ)毒性當(dāng)量為0.5 TUa，同時(shí)還對胚胎的發(fā)育存在一定影響，對胚胎孵化及致畸的毒性當(dāng)量分別為0.7 TUa和0.13 TUa。按照美國國家環(huán)境保護(hù)局(USEPA)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)急性毒性TUa <0.3時(shí)為安全濃度[25]。因而，制革廢水綜合毒性基本達(dá)到USEPA的排放標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境的影響已得到初步有效控制，但仍需要進(jìn)一步處理以達(dá)到更大程度削減毒性的目的。

綜上所述，斑馬魚及其胚胎是較好的毒性評價(jià)的模式生物，可應(yīng)用于制革廢水的綜合毒性評價(jià)及不同處理工藝段出水的毒性削減評估?；诙拘詥挝坏脑u估技術(shù)，可為決策機(jī)構(gòu)制定更完善的污染源控制策略，為污染源企業(yè)改進(jìn)處理工藝提供可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也為基于生物毒性的制革廢水綜合達(dá)標(biāo)排放提供參考。

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◆

EvaluationofTanneryWastewaterToxicityandItsReductionBasedonZebrafishandLuminescentBacteria

Chen Wenyan1,2, Zhao Yuan1, Zheng Guojuan2, Ma Yong3, Lei Chunsheng1, Cai Qiang2,*

1.Environment & Safety Engineering Institute, Changzhou University, Changzhou 213164, China 2. Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University, Jiaxing 314006, China 3. Zhejiang Province Environmental Monitoring Center, Hangzhou 310012, China

20 November 2013accepted10 January 2014

The environmental problems caused by the rapid development of leather industry in China, are receiving more and more attention. In the present study, several organisms of Vibrio fischeri, Vibrio phosphoreum, zebrafish larvae and embryo were applied to evaluate the acute and developmental toxicity of tannery wastewater, the removal rate of toxicity by treatment process and the sensitivity of different organisms to the toxicity of tannery wastewater. The results showed that the sensitivities followed the sequence of zebrafish embryo> Vibrio phosphoreum >zebrafish larvae > Vibrio fischeri. The acute toxicity of tannery wastewater was completely removed after the treatment of whole process according to the acute toxicity test of luminescent bacteria and zebrafish larvae (0 TUa). However, the results from the toxicity study with zebrafish embryos showed that the final effluent of tannery wastewater after treatment still had acute toxicity (0.5 TUa) and developmental toxicity (0.7 TUa to hatching rate, 0.13 TUa to malformation rate). It is indicated that the toxicity of tannery wastewater was roughly removed by the present treatment process, but further treatment was still needed for complete toxicity reduction.

zebrafish; luminescent bacteria; tannery wastewater; toxicity evaluation

國家科技支撐計(jì)劃課題(2011BAF02B06)；嘉興市科技計(jì)劃課題(2012AE1012)；國家自然科學(xué)基金(51208068)

陳文艷(1989-)，女，碩士，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)毒理學(xué)，E-mail: chen13812823711@163.com；

*通訊作者(Corresponding author)，E-mail: Caiqfox@163.com

10.7524/AJE.1673-5897.20131120001

陳文艷，趙遠(yuǎn)，鄭國娟，等. 基于斑馬魚和發(fā)光細(xì)菌評估制革廢水毒性及其削減效率[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2014, 9(2): 358-366

Chen W Y, Zhao Y, Zheng G J, et al. Evaluation of tannery wastewater toxicity and reduction effect based on zebrafish and luminescent bacteria [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2014, 9(2): 358-366 (in Chinese)

2013-11-20錄用日期2014-01-10

1673-5897(2014)2-358-09

X171.5

A

蔡強(qiáng)(1972—)，男，環(huán)境科學(xué)與工程博士，研究員，主要研究方向現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，尤其側(cè)重于基于生物化學(xué)原理的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)檢測與分析。