飲用水處理工藝評價的生物毒性實驗方法研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，飲用水資源短缺和水質(zhì)惡化的問題越來越嚴重。研究表明，飲用水中多種污染物都具有“三致”效應(yīng)，雖然劑量極低，但其在飲用水中長期低劑量的慢性接觸，依然存在潛在的毒性效應(yīng)。環(huán)境污染導(dǎo)致疾病負擔(dān)增加、腫瘤高發(fā)屢見不鮮。但目前對于飲用水安全評價方法主要還是通過理化檢測，無法全面反映水中所有污染物的污染情況及毒性效應(yīng)。國內(nèi)外已經(jīng)開始嘗試用生物毒性作為水質(zhì)評價指標(biāo)，但其檢測毒性效應(yīng)和試驗方法都較為單一，研究也比較零散，本次研究針對

2、飲用水水質(zhì)、建立一組包括急性毒性、遺傳毒性和芳烴受體效應(yīng)三個方面的生物毒性組合試驗，并采用水質(zhì)評分法與層次分析法結(jié)合，初步探索一種飲用水生物毒性綜合評價體系。并將其應(yīng)用于鹽城某水廠深度處理示范工程處理過程中各單元出水和不同處理工藝出廠水的安全評價。
　　一、生活飲用水成組生物毒性檢測方法建立
　　建立一組包括急性毒性、遺傳毒性和芳烴受體效應(yīng)的組合試驗，具體包括CCK8細胞增殖毒性試驗、Ames試驗(TA98、TA100)、人

3、外周血淋巴細胞微核試驗、人外周血淋巴細胞彗星試驗，EROD酶活性檢測試驗，三個效應(yīng)五個試驗，每個試驗選用適合的陽性對照物，建立方法，確定試驗的有效性和準確性。并利用水質(zhì)分級法和層次分析法構(gòu)建一套針對飲用水水質(zhì)特征的評價體系。采用專家征詢的方法，根據(jù)本次研究選擇的飲用水生物毒性檢測的5個指標(biāo)變量，設(shè)計專家征詢調(diào)查問卷，選擇在飲用水安全評價方面具有豐富工作經(jīng)驗的10名專家，以打分表格的問卷形式向?qū)＜易稍兏髦笜?biāo)的重要性，按專家評分表結(jié)果，用9

4、標(biāo)度法對每一指標(biāo)進行兩兩比較后，構(gòu)造比較矩陣，比較專家意見的一致性，計算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。結(jié)果顯示2個判斷矩陣一致性比例CR值均小于0.1，表明專家意見具有較好一致性。根據(jù)矩陣計算指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，三個主層次指標(biāo)，急性毒性、遺傳毒性、芳烴受體效應(yīng)權(quán)重系數(shù)分別為0.1、0.5和0.4，遺傳毒性層內(nèi)指標(biāo)Ames試驗、人外周血淋巴細胞微核實驗、人外周血淋巴細胞彗星試驗權(quán)重系數(shù)分別為0.357、0.357和0.286。
　　二、飲用水深度處理

5、示范工程的生物毒性效應(yīng)變化
　　將建立的飲用水生物毒性評價方法應(yīng)用于鹽城某水廠深度處理示范工程水樣，采集原水、砂濾水、BAC水和出廠水共4個水樣，分別代表飲用水處理過程中的原水、常規(guī)處理工藝出水、深度處理工藝出水和出廠水，每個水樣采集100L。采用XAD-2樹脂富集水樣，經(jīng)過洗脫、濃縮后應(yīng)用于生物毒性檢測。
　　結(jié)果顯示，Ames試驗菌株在加S9與未加S9情況下MRTA98和MRTA100均小于2，未發(fā)現(xiàn)陽性結(jié)果。人的外周血

6、淋巴細胞結(jié)果顯示，原水、砂濾水、出廠水均出現(xiàn)陽性結(jié)果，且三個水樣都表現(xiàn)出較強的致染色體損傷作用，在最小劑量0.125L/孔處，其微核率分別為11.40±1.98、10.52±0.88和9.13±0.47，顯著高于對照組，具有統(tǒng)計學(xué)意義(p＜0.05），且其污染指數(shù)均大于等于1.5，呈現(xiàn)輕度污染，而在經(jīng)過深度處理后的BAC出水則未檢出陽性結(jié)果，人外周血淋巴細胞彗星試驗結(jié)果顯示，四個水樣在不同濃度下均出現(xiàn)細胞拖尾，尾部DNA％、尾長和尾距三

7、個指標(biāo)均在不同濃度下顯示與對照有顯著性差異(p＜0.05)。細胞增殖毒性試驗結(jié)果顯示，原水和沙濾水的水樣濃縮物，隨染毒濃度增加，細胞存活率下降。樣品在24h、48h、72h都顯示出了抑制細胞增長的毒性效應(yīng)，加大樣品濃度毒性效應(yīng)表現(xiàn)明顯。原水在三個時間點的出現(xiàn)細胞存活率顯著降低的劑量分別為100ml/ml、100ml/ml、50ml/ml。沙濾水相對于原水細胞毒性稍有下降，但仍有較高的細胞毒性，在三個時間點的出現(xiàn)細胞存活率顯著降低的劑量均

8、為100ml/ml。BAC水和出廠水，出現(xiàn)一定程度的促進細胞增殖效應(yīng)。BAC水時間段在200ml/ml、100ml/ml、100ml/ml劑量下與對照有統(tǒng)計學(xué)差異，出廠水在50ml/ml、100ml/ml、100ml/ml劑量下與對照有統(tǒng)計學(xué)差異(p＜0.05）。EROD酶活性試驗結(jié)果顯示，原水、沙濾水、BAC水和出廠水計算后的TCDD-TEQ均數(shù)為9.39pg/L、10.65pg/L、1.98pg/L、3.91pg/L。
　　水

9、質(zhì)綜合評分結(jié)果顯示，綜合毒性評分DWQI的大小排序為:沙濾水＞原水＞出廠水＞BAC水，而在層內(nèi)分析，急性毒性和芳烴受體效應(yīng)為:原水=沙濾水＞BAC水=出廠水，而遺傳毒性則為出廠水=沙濾水＞原水＞BAC水。
　　三、飲用水不同處理工藝消毒出水生物毒性效應(yīng)比較
　　通過小試裝置模擬傳統(tǒng)工藝消毒出水和深度處理消毒出水，并將建立的成組生物毒性試驗應(yīng)用于兩種不同工藝消毒出水比較，研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝消毒出水不同終點的遺傳毒性、急性細胞毒性

10、效應(yīng)、芳烴受體效應(yīng)均顯著高于深度處理工藝消毒出水。
　　Ames試驗中，在2L/皿的劑量范圍內(nèi)，出現(xiàn)了陽性結(jié)果，在高劑量組，在未加活化系統(tǒng)的MRTA98為2.34、MRTA1003.40均大于2，且都呈現(xiàn)了劑量反應(yīng)關(guān)系，可判定為致突變陽性。而TA100相對TA98對本次研究的水樣更為靈敏，傳統(tǒng)工藝消毒出水在1L/皿的劑量下MRTA100大于2，提示水樣中主要突變物為堿基置換型突變物，如三氯甲烷等。對于兩種工藝消毒出水遺傳毒性，微核

11、和彗星實驗的檢測結(jié)果與Ames實驗一致，傳統(tǒng)工藝消毒出水在微核試驗中誘發(fā)微核千分率顯著高于深度處理消毒出水，彗星試驗中尾部DNA％、尾長和尾距三個指標(biāo)均顯示傳統(tǒng)工藝消毒出水中的污染物引起DNA損傷效應(yīng)較深度處理工藝高。急性細胞毒性試驗結(jié)果顯示傳統(tǒng)工藝經(jīng)過消毒后的消毒出水，在高劑量組具有較強的細胞毒性效應(yīng)，經(jīng)過深度處理的消毒出水出現(xiàn)的促進增殖作用，提示水中可能存在環(huán)境內(nèi)分泌干擾物。而芳烴受體效應(yīng)，深度處理工藝消毒出水低于傳統(tǒng)工藝。從綜合評

12、分指標(biāo)上也可以很好的反應(yīng)，深度處理可以有效降低傳統(tǒng)飲用水處理工藝的毒性效應(yīng)。
　　四、結(jié)論
　　1、建立一組包括遺傳毒性、急性毒性和芳烴受體效應(yīng)的飲用水生物毒性效應(yīng)檢測方法，采用各試驗陽性物驗證了方法的準確性，并將水質(zhì)評分法和層次分析法相結(jié)合，建立水質(zhì)生物毒性綜合評價體系。
　　2、將建立的成組生物毒性檢測方法及評價體系，應(yīng)用于鹽城某水廠飲用水深度處理示范工程不同單元出水的生物毒性效應(yīng)的檢測，根據(jù)綜合毒性及層內(nèi)毒性指標(biāo)

13、得分，推斷芳烴類化合物暴露可能與水質(zhì)急性毒性有關(guān)、沙濾水遺傳毒性影響因素也可能與多環(huán)芳烴類污染物有關(guān)。O3-BAC工藝能夠很好的去除水中有毒污染物，但經(jīng)過氯化消毒后，遺傳毒性卻顯著上升，可能是消毒副產(chǎn)物引起。
　　3、通過模擬水廠的傳統(tǒng)工藝和深度處理工藝，比較不同處理工藝消毒出水的生物毒性效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝消毒出水不管是綜合毒性還是層內(nèi)毒性效應(yīng)均高于深度處理工藝的消毒水樣，可見深度處理工藝可以很好降低傳統(tǒng)工藝的毒性效應(yīng)。