城鎮(zhèn)污水處理廠排水對大型溞早期發(fā)育階段的毒性效應(yīng)

譚杰峰，陳山多，王依釩，侯麗萍

（廣州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510006）

隨著人類社會工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，各類生活污水、工業(yè)廢水成為了水生生態(tài)環(huán)境中的主要污染源。目前，國內(nèi)外大部分城鎮(zhèn)污水處理廠基本都是通過化學(xué)成分分析（如：COD、BOD、氮磷、常見重金屬等），根據(jù)其濃度水平及貢獻量來對水質(zhì)狀況進行描述[1]。然而城鎮(zhèn)污水廠的污水來源及組分十分復(fù)雜，且對于微塑料、IMO 危險品、激素類等新型有機污染物[2-3]的處理效果并不理想，而這些污染物在較低濃度時就能對水生生物個體及種群產(chǎn)生一定的損害作用。例如，朱瑩等[2]等發(fā)現(xiàn)，微塑料會造成浮游動物、魚類等生物進食器官的堵塞，從而導(dǎo)致受傷或死亡；合成孕激素能導(dǎo)致魚類卵巢發(fā)育不成熟、雌魚雄性化等，使魚類種群的性別比例失衡，減少種群數(shù)量[4]， 而且，盡管經(jīng)過城鎮(zhèn)污水處理廠處理后，仍會對試驗生物產(chǎn)生致畸致死的效應(yīng)。于彩虹等[5]將日本青鳉胚胎及幼魚暴露于污水處理廠出水發(fā)現(xiàn)胚胎孵化率明顯降低以及魚苗的致死效應(yīng)顯著提高；徐曉平等[6]發(fā)現(xiàn)市政污水經(jīng)污水處理廠不同的處理單元處理后，仍對大型溞有明顯的致死作用。因此，只涉及常規(guī)理化指標的監(jiān)測并不能全面反映出城鎮(zhèn)污水處理廠排水的綜合毒性大小，采用活體動物進行排水毒性測試來檢驗水質(zhì)是十分必要的。

大型溞（Daphnia magna）由于其分布廣泛、生理 學(xué)背景豐富、在產(chǎn)溞階段對水環(huán)境中污染物敏感，被世界許多國家組織應(yīng)用為受試生物[7-12]。筆者采用大型溞進行暴露試驗，測試了廣州、東莞的12 家污水處理廠排水的急性、慢性毒性效應(yīng)，以此作為污水排放的另一種指標。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與儀器、試劑

分別從12 家城鎮(zhèn)污水處理廠的最終排水管中采水樣，并將其運至實驗室后保存于4℃以下的冰箱中，采集及運輸過程確保水樣不受污染。

試驗儀器：10 mL 燒杯、溫度計、500 mL 燒杯、100 mL 燒杯、1 000 mL 量筒、100 mL 量筒、10 mL 量筒、移液槍、塑料吸管、生物顯微鏡（BK5000，重慶奧特光學(xué)儀器有限責任公司）、多參數(shù)測定儀（H1-SensionTM156，北京中西遠大科技有限公司）。

主要試劑：綠藻、大型溞培養(yǎng)液母液、次甲基藍（分析純）、曝氣24 h 自來水。

1.2 大型溞的培養(yǎng)

大型溞（Daphnia magnaStraus）是實驗室培養(yǎng)的穩(wěn)定1～3 代大型溞成體。挑選成熟、健康的大型溞，單獨放置于有培養(yǎng)液的10 mL 小燒杯中進行培養(yǎng)，每天更換80%培養(yǎng)液并喂食一次，溫度26℃，光暗比為12 h ∶12 h，挑選新孵化的健康幼溞用于試驗。

1.3 大型溞的急性毒性測試

根據(jù)GB/T 13266—91 水質(zhì)物質(zhì)對溞類急性毒性測定方法，對大型溞進行48 h 的急性毒性暴露試驗，參試大型溞為孵化24 h 內(nèi)的幼溞。每個燒杯加入10 mL 測試液，一只幼溞，設(shè)置3 個濃度梯度（100%、10%、1%），共8 個平行，試驗期間不喂食，暴露12 h 和48 h 均要更新80%測試液并記錄大型溞的死亡、受抑制情況。空白對照組采用曝氣24 h 的自來水。

1.4 大型溞的慢性毒性測試

大型溞14 d 的慢性毒性測試采用半靜態(tài)方法，暴露后每隔24 h 更換試驗溶液的80%并喂食綠藻。每個燒杯中放入10 mL 測試液，一只幼溞。根據(jù)急性試驗的結(jié)果來確定慢性試驗的梯度，其中7 號、11 號、12 號水樣的測試結(jié)果，表現(xiàn)出一定的急性毒性效應(yīng)，因此7 號、11 號、12 號將采用10%、1%、0.1%的濃度梯度，其他水樣則采用100%、50%、10%、1%的濃度梯度，每個梯度8 個平行。記錄并統(tǒng)計大型溞的頭胎產(chǎn)溞時間、頭胎產(chǎn)溞個數(shù)及每胎平均產(chǎn)溞數(shù)。

1.5 毒性測試方法質(zhì)量控制

毒性測試要求對照組的幼溞死亡率不能高于10%，試驗過程中水的pH 值變動范圍低于0.2，溫度變 化不能超過1℃，試驗結(jié)束溶解氧需不低于2 mg/L。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS V17.0 軟件進行統(tǒng)計分析，P＜0.05 為差異顯著[3]。

2 結(jié)果與分析

由表1 可知，隨著水樣濃度升高，致死效應(yīng)增高。7 號、11 號、12 號水樣100%梯度的死亡率高達40%、60%、60%，呈現(xiàn)高致死效應(yīng)，11 號和12 號水樣在10%梯度的死亡率分別30%和60%，且12 號水樣1%梯度也出現(xiàn)30%的死亡率，7 號、11 號、12 號水樣里存在較多的有毒致死物質(zhì)，因此重新確定7 號、11 號、12 號的大型溞慢性毒性試驗的梯度為10%、1%、0.1%；其他水樣的大型溞死亡率均＜10%，則采用100%、50%、10%、1%的濃度梯度進行慢性毒性測試。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠排水對大型溞的急性毒性

慢性毒性試驗結(jié)果（表2）顯示，各組水樣的頭胎產(chǎn)溞時間均比空白對照延遲，僅有5 號、6 號、8 號、9 號、10 號水樣所有的濃度梯度沒有出現(xiàn)顯著性差異，其余水樣中的一個或多個濃度梯度出現(xiàn)了顯著性差異（P ＜0.05）。而在頭胎產(chǎn)溞數(shù)以及每胎平均產(chǎn)溞數(shù)方面，12 個試驗組的結(jié)果均顯示有不同程度的顯著性差異，其中2 號、12 號水樣的頭胎產(chǎn)溞數(shù)量以及1 號、7 號水樣的每胎平均產(chǎn)溞數(shù)的所有濃度梯度均出現(xiàn)顯著性差異。1 號水樣的頭胎產(chǎn)溞時間與每胎平均產(chǎn)溞數(shù)所有的濃度梯度都呈現(xiàn)顯著性差異，100%和50%梯度試驗組的頭胎產(chǎn)溞數(shù)量更是高達10 個以上，與對照組產(chǎn)生顯著性差異。而2 號水樣除了1%梯度試驗組的頭胎產(chǎn)溞時間以及每胎平均產(chǎn)溞數(shù)未顯示顯著性差異以外，其他試驗組均出現(xiàn)顯著性差異。綜上所述，1 號和2 號水樣對大型溞繁殖產(chǎn)生了較強的促進效應(yīng)；3 號水樣的1%梯度試驗組的結(jié)果顯示，無論是產(chǎn)溞時間或是頭胎產(chǎn)溞數(shù)量均存在顯著性差異（產(chǎn)溞時間9 d 以上，頭胎產(chǎn)溞數(shù)量僅3 個左右），對大型溞繁殖行為產(chǎn)生較強的抑制效應(yīng)，表現(xiàn)出較大的毒性效應(yīng)；5 號、6 號、8 號、9 號、10 號水樣頭胎產(chǎn)溞時間與對照組均無顯著性差異，5 號、7 號水樣所有濃度梯度都出現(xiàn)抑制產(chǎn)溞數(shù)量現(xiàn)象且十分明顯，呈現(xiàn)較大的毒性效應(yīng)；6 號、8 號水樣試驗組顯示產(chǎn)溞數(shù)量略低于對照組，表現(xiàn)較小的慢性毒性效應(yīng)；而9 號、10 號水樣試驗組則與6、8 號水樣結(jié)果剛好相反，試驗組產(chǎn)溞數(shù)量明顯高于對照組，說明水樣中存在刺激大型溞產(chǎn)溞行為的物質(zhì)；11 號、12 號在10%濃度下，大型溞全部死亡，無產(chǎn)溞，其1%濃度的結(jié)果與對照相比為顯著降低，其水樣存在某些對大型溞毒性比較大的物質(zhì)，并且對其產(chǎn)溞有較強的抑制作用，對大型溞的繁殖表現(xiàn)出較大的毒性效應(yīng)。

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，12 個污水處理廠排水對大型溞繁殖行為均產(chǎn)生了一定的影響，呈現(xiàn)出一定的毒性效應(yīng)。1 號、2 號、9 號、10 號水樣存在著能夠刺激大型溞產(chǎn)溞的物質(zhì)，3 號、4 號、5 號、6 號、7 號、8 號、11 號、12 號水樣存在著能夠抑制大型溞產(chǎn)溞的物質(zhì)，同時，11 號、12 號水樣10%濃度梯度下的受試大型溞全部死亡，證明水樣中還存在著對大型溞有毒性的物質(zhì)。這說明經(jīng)過污水處理設(shè)施處理后的出水，盡管各項指標均達到排放標準的要求，但是仍然會對水生生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)，如致死、影響繁殖等，進而對水中生物的種群繁衍生存造成威脅。這也從側(cè)面反映了目前單純以物理化學(xué)指標作為排放檢測標準的局限性，不能全面地保護水生生態(tài)系統(tǒng)，而生物毒性測試應(yīng)該更深入更廣泛地應(yīng)用于污水排放標準的制定，以建立更加完善的水環(huán)境保護機制。

表2 城鎮(zhèn)污水處理廠排水對大型溞的慢性毒性