再生水水質(zhì)生物毒性監(jiān)測研究進(jìn)展

王 蕊

（河北工程大學(xué)水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

1 引言

當(dāng)前水資源的過度開發(fā)，再生水回用已經(jīng)成為國內(nèi)外國家解決城市缺水問題、改善水生態(tài)系統(tǒng)的有效途徑之一。所謂再生水回用，是指污水處理廠的二沉淀出水經(jīng)一系列工藝處理之后再應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、河湖補水。再生水來源于城市污水，未被去除的污染物可能帶來一定毒性，污水處理工藝中加入的化學(xué)消毒劑雖然能有效殺菌，但也會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，在利用過程中帶來一定的生態(tài)風(fēng)險。

常規(guī)的理化方法是利用各種污染物濃度的超標(biāo)率來評價水質(zhì)污染情況，但對潛在的生態(tài)風(fēng)險無法定量分析，因此不能全面反映水質(zhì)的情況。各國研究者開始用生物毒性監(jiān)測的方法，利用生物在水質(zhì)污染或變化時的生態(tài)行為反映水質(zhì)毒性變化，為水質(zhì)監(jiān)測提供科學(xué)依據(jù)，已經(jīng)成為預(yù)測和保障水質(zhì)安全的重要手段。

2 再生水水質(zhì)生物毒性監(jiān)測

2.1 魚類的生物毒性監(jiān)測

在水生生物食物鏈中，魚類處于最高端，當(dāng)遇到某些污染物時，其生理或器官的功能會發(fā)生相應(yīng)的變化，對污染物敏感這一特征可以間接反映水的生物毒性。因此，魚類常常被用于水質(zhì)毒性監(jiān)測和評價。

熊張東[1]等用斑馬魚測試了海南省某污水處理廠的沉淀池出水經(jīng) NaClO、ClO2、NH2Cl、O3等4種典型消毒劑及與紫外聯(lián)合消毒處理后對魚胚胎發(fā)育的影響。結(jié)果表明，斑馬魚胚胎在各種消毒劑消毒后的出水中，心跳變慢、出現(xiàn)畸形，但無死亡。ClO2消毒致畸性最弱，O3消毒使胚胎心跳降低最明顯，NaClO和NH2Cl消毒對胚胎也有一定影響。根據(jù)斑馬魚胚胎心率的大小，毒性從大到小依次為:O3＞NaClO＞NH2Cl＞ClO2。當(dāng)與紫外聯(lián)合消毒后，其危害指數(shù)均比其單獨消毒有所降低，特別是NaClO與紫外組合消毒后，毒性降低顯著。NH2Cl、O3與紫外線組合消毒后，毒性有所降低但不明顯，ClO2與紫外線組合消毒后與單一用ClO2消毒相同，沒有明顯差別。

閆志明[2]等用青鳉魚測試了7個城市污水處理廠二沉淀出水的生物毒性，結(jié)果表明這7個城市污水處理廠的再生水均不利于青鳉魚胚胎的發(fā)育，其中3個二沉淀出水中毒性很大，青鳉魚胚胎死亡率都是100%。出水后對其進(jìn)行投加硝化菌及曝氣脫氨氮的處理，胚胎死亡率有所降低。再生水只經(jīng)臭氧氧化處理后，魚胚胎逐漸開始死亡，幼魚出現(xiàn)畸形，總致死率增加。“臭氧+生物濾池”再生水處理工藝能顯著降低對青鳉魚的毒性，胚胎死亡率減少，未看到畸形的幼魚。

由此可見，O3和NaClO等氧化劑用于二沉淀出水消毒時，會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，對魚具有一定毒性，尤其是經(jīng)O3消毒后對魚的毒性最大。當(dāng)氧化劑與紫外線組合消毒后，能一定程度削減毒性。

2.2 蚤類的生物毒性監(jiān)測

水蚤是生活在淡水中的一種體型很小的浮游動物，以細(xì)菌、酵母菌、藻類及動植物的殘片為食，培育方便，分布范圍廣，對有毒物質(zhì)敏感，是國際公認(rèn)的毒性標(biāo)準(zhǔn)受試生物，常用死亡率或抑制率作為指標(biāo)測試水質(zhì)毒性程度。

劉家飛[3]等用大型蚤對某城市5個污水處理廠的再生水原水（二級出水后未經(jīng)處理）和其中A、B污水處理廠的再生水經(jīng)各個單元處理工藝后的出水進(jìn)行毒性測試。研究發(fā)現(xiàn)，再生水原水對大型蚤有很強(qiáng)的抑制作用，抑制率高達(dá)100%。A廠的“混凝沉淀+膜過濾+氯消毒”和B廠的“膜生物反應(yīng)器+臭氧氧化+生物活性炭”再生水處理工藝，均降低了對大型蚤的毒性，但氯消毒和臭氧氧化工藝單元處理使再生水的毒性明顯增加。

袁雅心[4]對用大型蚤測試了石家莊市三個城市污水處理廠的進(jìn)水、二級出水、出水的生物毒性，比較不同處理工藝后再生水的毒性。其中大型蚤的活動抑制率與水樣濃度有關(guān)，即大型蚤受到的活動抑制作用，隨測試水樣濃度的減小而減弱。再生水深度處理工藝均有效削減了對大型蚤的毒性，從去除效果排序為潛流濕地＞“砂濾+紫外”＞“臭氧+紫外”。

由此可見，再生水經(jīng)氯消毒和臭氧氧化工藝處理后，對大型蚤有很強(qiáng)的抑制作用，顯著增加了再生水對大型蚤的毒性，潛流濕地工藝能有效削減毒性。

2.3 藻類的生物毒性監(jiān)測

藻類能適應(yīng)各種環(huán)境，繁殖能力強(qiáng)，對毒物也比較敏感，可以直接觀察細(xì)胞水平上的中毒癥狀[5]，通常用生長抑制作為指標(biāo)用于毒性監(jiān)測。目前用于實驗的藻類有普通小球藻，羊角月牙藻，斜生柵藻，鹽藻等藻種。

孫青[6]用斜生柵藻作為受試生物測試了三個污水處理廠再生水的毒性，結(jié)果表明再生水經(jīng)NaClO消毒后對斜生柵藻的細(xì)胞膜具有明顯破壞作用，抑制了藻的活性，對斜生柵藻的毒性顯著增強(qiáng)。

武毛妮[7]以微藻抑制率為指標(biāo)，通過觀察微藻細(xì)胞個數(shù)測試了再生水的生物毒性，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)水、好氧池與MBR（膜生物反應(yīng)器）出水中，微藻的毒性逐漸降低，尤其好氧池階段去除毒性效果顯著。

由此可見，經(jīng)NaClO消毒工藝處理后的再生水對藻的細(xì)胞膜有破壞作用，顯然增加了再生水毒性，而好氧池能削減對其毒性。

2.4 發(fā)光細(xì)菌的生物毒性監(jiān)測

發(fā)光細(xì)菌的熒光會隨著周圍環(huán)境的改變而變化，當(dāng)遇到有毒物質(zhì)時，熒光會減弱，是因為有毒物質(zhì)能抑制發(fā)光酶的活性和發(fā)光有關(guān)的呼吸過程，甚至使發(fā)光細(xì)菌死亡[8]。因此，常用發(fā)光強(qiáng)度作為指標(biāo)監(jiān)測水質(zhì)毒性。

王麗莎[9]等用發(fā)光細(xì)菌測試了X、Y兩城市經(jīng)處理工藝后的再生水的生物毒性，發(fā)現(xiàn)兩者進(jìn)水時都對發(fā)光細(xì)菌有抑制作用，二沉池出水時沒有對其有抑制作用，抑制率均為0，但是經(jīng)氯消毒后，抑制率又有所上升，X較進(jìn)水時抑制率升高了30%，Y較進(jìn)水時抑制率升高了9%。

袁雅心[4]用青?；【鶴67測試了三個污水處理廠的進(jìn)水、二級出水及出水水體毒性的變化，結(jié)果表明，進(jìn)水時青?；【鶴67的發(fā)光率很低，水中的有毒物質(zhì)抑制了它的發(fā)光。經(jīng)A2O處理工藝后二級出水的毒性有所減弱，深度處理工藝均有效削減了出水對青海弧菌Q67的毒性，從去除毒性大小排序為砂濾+紫外工藝＞臭氧+紫外工藝＞潛流濕地工藝。

由此可見，二級出水經(jīng)深度處理后能降低再生水對發(fā)光細(xì)菌的抑制作用，尤其是砂濾+紫外工藝去除毒性效果顯著。但是經(jīng)氯消毒處理后抑制率上升，產(chǎn)生了消毒副產(chǎn)物，使毒性升高。

2.5 細(xì)胞的生物毒性監(jiān)測

細(xì)胞相對于藻類、魚類的毒性測試，所需要時間更短，成本較低，靈敏度高，通過監(jiān)測離體狀態(tài)下細(xì)胞的生長來評估再生水的毒性程度。細(xì)胞毒性試驗不僅能定量分析實驗結(jié)果，而且可快速篩選批量樣品，該方法應(yīng)用比較廣泛[10]。

陳盈盈[11]采用人乳腺癌細(xì)胞株MCF-7的中性紅實驗對北京某城市污水處理廠的再生水進(jìn)行了細(xì)胞急性毒性測試。存活的細(xì)胞能吸收中性紅染料，染料吸收的越少，存活的細(xì)胞越少，代表毒性越大。結(jié)果表明，進(jìn)水時存在明顯的急性細(xì)胞毒性，細(xì)胞存活率僅35%。二沉池出水時存活率稍有增加，再經(jīng)微濾、活性炭工藝處理后細(xì)胞存活率都在100%左右，細(xì)胞毒性有所減弱。

除此之外，她還用了大白鼠肝癌細(xì)胞株H4ⅡE，通過其Ah受體效應(yīng)(EROD)進(jìn)行生物毒性測試，比較Ah受體效應(yīng)物質(zhì)的去除效果。結(jié)果表明，超濾和反滲工藝組合后毒性增加，經(jīng)活性炭工藝處理后，再生水的Ah受體特征物質(zhì)去除效果顯著。

由此可見，再生水進(jìn)水對細(xì)胞具有明顯的毒性，經(jīng)深度處理后，能削弱再生水的細(xì)胞毒性，活性炭工藝去除毒性效果最佳。

3 結(jié)論

1）由上述不同生物的毒性監(jiān)測研究可知:二級出水經(jīng)混凝沉淀、過濾、活性炭等深度處理后，其生物毒性明顯減小。經(jīng)NaClO和O3等消毒劑消毒后的再生水，其生物毒性顯著增強(qiáng)。后續(xù)進(jìn)行紫外線組合消毒后，能一定程度降低再生水的生物毒性，但并不適用于所有的受試生物，如何消除或減少消毒劑帶來的消毒副產(chǎn)物，支撐再生水安全運行還有待研究。

2）污水中污染物種類繁多，生物毒性監(jiān)測是保障水質(zhì)安全的重要環(huán)節(jié)，而單一的受試生物不能正確評估水的生物毒性，應(yīng)采用多種受試生物相結(jié)合的方法，綜合評估水生態(tài)系統(tǒng)的健康。目前除了發(fā)光細(xì)菌和藻類有國際標(biāo)準(zhǔn)，其他受試生物的標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)研究是今后研究方向之一，以保障結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。