造纸群尾水景观再生利用的潜在生态风险研究

造纸废水再生回用于河流生态景观将对水体中的水生生物带来潜在的安全风险。该文以斑马鱼为测试生物,分别测定某造纸群污水处理厂的进水、景观回用再生水及受纳河流水样的急性毒性、胚胎毒性、内分泌干扰毒性、基因毒性等多种生物毒性效应,评价造纸废水深度处理后作为河流生态景观补给水的潜在生态风险。结果表明,造纸群污水处理厂进水与景观回用再生水对斑马鱼的96 h急性毒性LC50为0.43和0.82,对斑马鱼胚胎的致死率分别为53.1%与42.7%;它们对雄性斑马鱼体内VTGS有显著诱导效应,对DNA有很强的氧化损伤效应。由此可见,虽然造纸废水经深度处理后常规水质指标已达到国家景观再生水回用标准,但是它对河流的鱼类等水生生物仍具有多种生物毒性效应。因此,造纸废水作为生态补给水再生回用到河流水体时,需合理设计深度处理工艺来有效削减或去除毒害污染物质,确保受纳水体生态安全。     

利用成组生物测试评估不同深度处理工艺出水的安全性

针对北京北小河污水处理厂出水经深度处理后回用于奥运公园的生态安全性 ,用成组生物毒性测试方法比较了不同深度处理工艺对导致急性毒性的物质、内分泌干扰物质和Ah受体效应物质的去除效果 .结果表明 :城市污水厂出水中含有急性毒性、内分泌干扰和Ah受体效应毒性特征的污染物 ,超滤和活性炭对不同类型物质均有较好的去除效果 .活性炭吸附能基本有效去除具有急性毒性污染物 ,对Ah受体特征物质的去除率达到了98% ;超滤对非极性、具有急性毒性特征的物质和极性的类雌激素物质去除效果最好 ,经超滤处理后的出水非极性组分细胞存活率达100% ,极性组分雌激素当量由0.13pmol·L^-1下降到0.04 pmol·L^-1.微滤和反渗透工艺不能有效去除有毒有机污染物 .进行生物毒性测试时 ,不同组分之间可能存在相互作用 ,需要采用样品分级方法 .     

城市污水中的生物毒性及其臭氧削减效果研究

分别利用酵母双杂交和umu试验对5个城市9个污水处理厂进出水中生物遗传毒性和视黄酸受体(BAR)结合活性进行了调查.并考察了臭氧氧化对这两种生物效应的去除效果.结果表明,城市污水中存在不同程度的生物遗传毒性和视黄酸受体(RAR)结合活性,通过生物处理可以大幅削减污水中的RAR结合活性和生物遗传毒性,但污水厂出水中仍然普遍具有遗传毒性,部分残留RAR结合活性.5～10mg·L-1的臭氧可以有效削减二级出水中残留的BAR结合活性和遗传毒性,是一种有效的提高水质安全性的污水深度处理技术.     

典型生活污水处理工艺对雌激素效应的去除

针对水环境中内分泌干扰物低浓度、高风险的特点,采用酵母菌法和酶联免疫法对3个污水处理工艺流程中污水的雌激素活性和雌二醇(E2)水平进行评价.结果表明,污水厂进水的雌二醇当量(EEQ)和E2的水平分别为4.35~7.58 ng·L~(-1)和36.95~83.43 ng·L~(-1).雌激素活性和E2的去除主要发生在生物处理阶段,如氧化沟、A~2/O和A~2/O+MBR工艺,且经以上工艺处理之后,雌激素活性和E2分别降低71.10%~75.54%和75.88%~80.72%.污泥对雌激素效应具有一定的去除作用,通过吸附作用污泥的EEQ和E2的含量分别为1.84~2.43 ng·g~(-1)和8.45~12.84 ng·g~(-1).但污水厂出水仍具有较高的雌激素活性,其EEQ为1.06~2.19 ng·L~(-1),对受纳水体的水生生物具有潜在的危害.酶联免疫法与酵母菌法具有很好的一致性,并为水环境雌激素的快速筛选和评价提供了一个新方法.     

全氟辛烷磺酸(PFOS)对斑马鱼卵黄蛋白原mRNA水平的影响

为了研究环境低剂量全氟辛烷磺酸（perfluorooctane sulfonate,PFOS）对水生生物的内分泌干扰效应和可能的作用机制,测定了PFOS对斑马鱼（Brachydanio rerio）肝脏中卵黄蛋白原（vitellogenin,VTG）mRNA水平的影响.将斑马鱼暴露于4个PFOS的环境低剂量浓度组（0.1、1、10、100μg.L-1）中进行21d毒性试验,收集肝脏样品,提取RNA,采用荧光定量PCR（qRT-PCR）分别检测VTG1和VTG3的mRNA水平.结果表明：①PFOS暴露引起雄性斑马鱼肝脏VTG1和VTG3 mRNA水平升高,VTG1 mRNA水平升高与剂量呈正相关,在100μg.L-1暴露浓度处与对照组呈现显著性差异;VTG3的mRNA水平变化与剂量呈倒U型曲线,呈现典型的毒物刺激荷尔蒙效应,在10和100μg.L-1暴露浓度处与对照组呈现显著性差异;②PFOS暴露引起雌性斑马鱼肝脏中VTG1 mRNA水平升高,在10μg.L-1暴露浓度处与对照组呈现显著性差异,但在高浓度（10和100μg.L-1）处试验结果误差较大;VTG3 mRNA水平只在10μg.L-1暴露浓度处升高,但相比于对照组均没有显著性差异.试验结果表明PFOS暴露对斑马鱼的内分泌干扰作用明显,其毒性作用机制可能是类雌激素效应,而肝脏中VTG1和VTG3mRNA水平可能作为PFOS内分泌干扰效应评价的敏感生物标志物,但VTG1和VTG3 mRNA水平的响应曲线呈现基因亚型和性别差异.     

利用日本青鳉早期发育阶段暴露评估排水的急、慢性毒性和内分泌干扰效应

提出一套利用日本青鳉胚胎-幼鱼阶段生长、形态学改变和雌雄比例变化的指标体系评价排水的毒性和内分泌干扰效应的方法.该方法属于活体动物的短期和部分生命阶段暴露测试,整个实验周期为21 d,测试过程不依赖复杂的仪器设备,操作简单、成本低.通过在北京市污水、工业废水及其经过生物处理后的排水进行测试,表明其能够比较准确判断排水中是否存在急性毒性、致畸和内分泌干扰效应物质.将其应用于评价不同深度处理工艺出水毒性效果,结果表明反渗透工艺能够去除大部分毒性物质.     

城市污水处理厂各工艺阶段内分泌干扰物活性变化规律研究

使用固相萃取-酵母双杂交法研究了东北地区某污水厂内分泌干扰活性随季节的变化及不同处理单元的去除情况.结果表明,该法的EC50值为5.95×10-11mol·L-1,具有较高灵敏度.对污水水样检测得出,原污水及一沉池出水内分泌干扰活性雌二醇当量值分别为16.13～21.65和17.10～22.85ng·L-1,均以夏季最高、冬季最低;经过A/O工艺处理,二沉池出水的内分泌干扰活性降至3.37～6.76ng·L-1,以冬春较高、夏秋较低;整个污水处理工艺对内分泌干扰活性的去除率为58.1%～84.2%,平均为75.2%,也以夏季最高、冬季最低.研究还发现.二级生物处理工艺对内分泌干扰活性起主导去除作用,而一沉池对内分泌干扰物的去除能力非常有限,甚至较进水有升高现象发生.     

北京市城市污水雌激素活性的研究

采用重组酵母雌激素筛检法(YES法)对北京市3个城市污水处理厂工艺流程污水样品的雌激素活性进行了评价,并采用GC/MS分析了样品中8种内分泌干扰物(EDCs),以进一步阐明城市污水雌激素活性的变化.结果表明,污水处理厂能较好地降低污水雌激素活性,降低率为82.2%～97.0%,但出水仍具有一定的雌激素活性,雌二醇(E2)当量浓度(EEQ)为2.6～16.0 ng/L.GC/MS检测显示,污水处理厂并不能完全去除目标化合物,出水中平均浓度最低的是17α-E2,为13.5 ng/L,最高的是BPA,为106.4 ng/L;出水的雌激素活性主要来自类固醇雌激素.污水厂的出水排放具有潜在的环境风险,在污水处理过程中,应特别关注对类固醇雌激素的去除.     

应用大型水蚤和斑马鱼对几种工业废水和生活污水的毒性监测

运用大型水蚤和斑马鱼急性毒性试验对几家乡镇企业污染源排放口的水样和某小区生活污水的毒性进行检测.研究结果表明:皮革厂沉淀池排水、生产车间排水和生活污水对斑马鱼均有较高的毒性,其96h LC50在17.27～35.93%之间,化工厂排污口出水毒性相对较小,96h LC50为59.18%.皮革厂和化工厂排污口出水对大型水蚤有较高毒性,48h LC50在20.61～29.39%之间,生活污水和生产车间排水毒性相对较小.上述几种废水对大型水蚤毒性大小顺序为化工厂排污口出水＞皮革厂沉淀池排水＞生产车间排水＞生活污水,对斑马鱼为皮革厂生产车间排水＞沉淀池排水＞生活污水＞化工厂排污口出水.大型水蚤和斑马鱼的急性毒性试验是一种灵敏、价廉和快速的毒性测试方法,可以用来监测上述几种工业废水和生活污水的毒性.     

用成组生物效应标记方法定量评价饮用水健康风险

饮用水安全性密切关系着民众的健康,因此相关的水质评价方法也日益受到关注.国家标准中规定的水质分析主要采用化学分析的方法,但该方法不能提供未知污染物的浓度及其所引起的健康影响,而生物效应标记测试则能弥补这一方面的不足.本研究应用一组生物效应标记方法评价自来水水质,包括利用SOS/umu测试评价遗传毒性,利用重组基因酵母测试评价类雌激素效应,利用鼠肝癌细胞(H4IIE)EROD诱导测试评价芳烃(Ah)受体效应或类二噁英物质总体水平,同时对这些生物毒性引起的健康风险进行了定量评价.用上述方法评价了北方某市9个水厂不同季节原水和出水水质.分析结果表明,该市主要自来水厂原水和出水中的直接和间接遗传毒性物质、类雌激素效应物质和芳烃受体效应物质浓度水平总体较低,风险在可接受水平;从处理效率来看,水厂现有工艺对类雌激素物质有很好的去除效果,而对于Ah受体效应类物质由于其总体浓度偏低而去除效果不很明显,少数水厂处理后由于消毒副产物的产生等原因,遗传毒性略有升高.曲此可见,应用生物效应标记方法能够对水厂的水源污染和水厂处理效果做出综合评价,该方法可以作为饮用水安全性评价的重要补充手段.     

Rat cardiomyocyte H9c2(2-1)-based sulforhodamine B assay as a promising in vitro method to assess the biological component of effluent toxicity

The treatment of wastewaters is crucial to maintain the ecological status of receiving waters, and thereby guarantee the protection of aquatic life and human health. Wastewater quality evaluation is conventionally based on physicochemical parameters, but increasing attention has been paid to integrate physicochemical and biological data. Nevertheless, the regulatory use of fish in biological testing methods has been subject to various ethical and cost concerns, and in vitro cell-based assays have thus become an important topic of interest. Hence, the present study intends: (a) to evaluate the efficiency of two different sample pre-concentration techniques (lyophilisation and solid phase extraction) to assess the toxicity of municipal effluents on rat cardiomyoblast H9c2(2-1) cells, and (b) maximizing the use of the effluent sample collected, to estimate the environmental condition of the receiving environment. The gathered results demonstrate that the H9c2(2-1) sulforhodamine B-based assay is an appropriate in vitro method to assess biological effluent toxicity, and the best results were attained by lyophilising the sample as pre-treatment. Due to its response, the H9c2(2-1) cell line might be a possible alternative in vitro model for fish lethal testing to assess the toxicity of municipal effluents. The physicochemical status of the sample suggests a high potential for eutrophication, and iron exceeded the permissible level for wastewater discharge, possibly due to the addition of ferric chloride for wastewater treatment. In general, the levels of carbamazepine and sulfamethoxazole are higher than those reported for other countries, and both surpassed the aquatic protective values for long-term exposure.     

不同生长阶段斑马鱼对Cu2+的毒性响应差异

为探究鱼类不同生长阶段对污染物的毒性响应差异,以斑马鱼为试验生物,初步建立了一套实验室分阶段培养方法,通过培养时间确定斑马鱼的不同生长阶段,研究了标准稀释水和模拟自来水条件下不同生长阶段斑马鱼对Cu2+的毒性响应差异,并利用物种敏感度分布法表达不同生长阶段斑马鱼对Cu2+的敏感性差异.结果表明:斑马鱼体长、体质量的变化均符合logistic增长方程（R2>0.97）,斑马鱼全生命周期按日龄可细分为卵黄囊仔鱼期（1 d）、晚期仔鱼期（10 d）、稚鱼期（17 d）、早幼期（24 d）、幼鱼期（31 d）、发育期（60 d）、成熟期（90 d）、成鱼期（120 d）等8个不同生长阶段.标准稀释水条件下,Cu2+对不同生长阶段斑马鱼的96 h-LC₅₀（96 h半致死浓度）分别为0.425 mg/L（1 d）、0.768 mg/L（10 d）、0.550 mg/L（17 d）、0.309 mg/L（24 d）、0.334 mg/L（31 d）、0.327 mg/L（60 d）、0.230 mg/L（90 d）和0.180 mg/L（120 d）,随着鱼龄的增加,Cu2+对斑马鱼的毒性逐渐增大;模拟自来水条件下,Cu2+对不同生长阶段斑马鱼的96 h-LC₅₀分别为0.377 mg/L（1 d）、0.438 mg/L（10 d）、0.366 mg/L（17 d）、0.201 mg/L（24 d）、0.206 mg/L（31 d）、0.189 mg/L（60 d）、0.167 mg/L（90 d）和0.144 mg/L（120 d）,随着鱼龄的增加,Cu2+对斑马鱼的毒性逐渐增大.根据96 h-LC₅₀得出不同生长阶段斑马鱼对Cu2+的敏感性顺序为120 d > 90 d > 24 d > 60 d > 31 d > 1 d > 17 d > 10 d,可见,斑马鱼成鱼期阶段对Cu2+较敏感,而成熟期和早幼期的敏感性次之,晚期仔鱼期最不敏感.研究显示,鉴于斑马鱼对Cu的物种敏感度的阶段性差异,采用24 d早幼期斑马鱼研究金属水质基准时既敏感又节约受试生物的培养成本,此外水环境参数也是水质基准研究需考虑的重要影响因素之一.      

Zebrafish embryo toxicity of 15 chlorinated, brominated, and iodinated disinfection by-products

Disinfection to protect human health occurs at drinking water and wastewater facilities through application of non-selective oxidants including chlorine. Oxidants also transform organic material and form disinfection by-products (DBPs), many of which are halogenated and cyto- and genotoxic. Only a handful of assays have been used to compare DBP toxicity, and researchers are unsure which DBP(s) drive the increased cancer risk associated with drinking chlorinated water. The most extensive data set employs an in vitro model cell, Chinese hamster ovary cells. Traditionally, most DBP research focuses on the threat to human health, but the effects on aquatic species exposed to DBPs in wastewater effluents remain ill defined. We present the developmental toxicity for 15 DBPs and a chlorinated wastewater to a model aquatic vertebrate, zebrafish. Mono-halogenated DBPs followed the in vivo toxicity rank order: acetamides > acetic acids > acetonitriles ~ nitrosamines, which agrees well with previously published mammalian in vitro data. Di- and tri-halogenated acetonitriles were more toxic than their mono-halogenated analogues, and bromine- and iodine-substituted DBPs tended to be more toxic than chlorinated analogues. No zebrafish development effects were observed after exposure to undiluted or non-concentrated, chlorinated wastewater. We find zebrafish development to be a viable in vivo alternative or confirmatory assay to mammalian in vitro cell assays.     

麻黄碱在斑马鱼体内的器官特异性蓄积及毒代动力学

麻黄碱（ephedrine,EPH）是一种生物碱,用于减轻感冒、过敏性鼻炎、鼻炎及鼻窦炎引起的鼻充血症状,控制支气管哮喘等,同时还是制造毒品冰毒的原料.EPH已经在地表水中广泛检出,并可能对水生生物甚至生态系统产生不利影响.但目前,EPH在水生生物中的摄取、器官分配和毒代动力学过程还没有受到关注.本研究中将斑马鱼（Danio rerio）在半静态系统中暴露于EPH,研究斑马鱼的不同器官对EPH的吸收、蓄积以及EPH在斑马鱼体内的毒物代动力学.暴露浓度分别为0.01、1.00和100.00 μg·L^-1,暴露14 d后,在斑马鱼脑、肝、肠、卵巢及肌肉中均检测到EPH,高浓度组斑马鱼脑中EPH最高达到84.97 ng·g^-1;EPH的平均含量的相对大小遵循以下顺序：脑 > 卵巢 > 肝 >肠 > 肌肉.斑马鱼器官中的麻黄碱的摄取速率常数（K_u）为0.23~570.31 L·（kg·d）^-1,消除速率常数（K_e）为1.22~6.11 d^-1,半衰期为0.12~0.57 d.观察到的生物富集系数（BCF_o）和动力学来源的生物富集系数（BCF_k）范围分别为0.24~337.33 L·kg^-1和0.13~316.43 L·kg^-1,处于相同的水平.     

Comparative mammalian cell cytotoxicity of wastewater with elevated bromide and iodide after chlorination, chloramination, or ozonation

Recycling wastewater is becoming more common as communities around the world try to better control their water resources against an increased frequency of either prolonged droughts or intense flooding. For communities in coastal areas, wastewaters may contain elevated levels of bromide(Br~-) and iodide(I~-) from seawater intrusion or high mineral content of source waters. Disinfection of such wastewater is mandatory to prevent the spread of pathogens, however little is known about the toxicity of wastewater after disinfection in the presence of Br~-and I~-. In this study we compared the induction of chronic cytotoxicity in mammalian cells in samples of municipal secondary wastewater effluent amended with elevated levels of Br~-/I~-after disinfection by chlorine, chloramines or ozone to identify which disinfection process generated wastewater with the lowest level of adverse biological response. Chlorination increased mammalian cell cytotoxicity by 5times as compared to non-disinfected controls. Chloramination produced disinfected wastewater that expressed 6.3 times more cytotoxicity than the non-disinfected controls and was 1.3 times more cytotoxic than the chlorinated samples. Ozonation produced wastewater with cytotoxicity comparable to the non-disinfected controls and was at least 4times less cytotoxic than the chlorine disinfected wastewaters. These results indicate that compared to chlorination and chloramination, ozonation of wastewater with high Br~-/Ilevels yielded the lowest mammalian cell cytotoxicity, suggesting its potential as a more favorable method to disinfect wastewater with minimizing the biological toxicity in mind.     

手性农药丁氟螨酯对斑马鱼胚胎的选择性发育毒性

近年来丁氟螨酯（CYF）对非靶标生物的发育毒性已成为一个值得关注的问题,但其对水生生物的对映选择性效应尚不清晰.为评估丁氟螨酯对斑马鱼胚胎的对映选择性毒性,通过96 h的暴露试验,研究了梯度浓度的丁氟螨酯消旋体及对映体对斑马鱼胚胎的急性毒性.此外,试验还研究了丁氟螨酯对斑马鱼胚胎孵化率、卵黄囊水肿、心包囊水肿和身体弯曲的影响.根据急性毒性结果可知,毒性大小为S-CYF > Rac-CYF > R-CYF,其中S-CYF的毒性是R-CYF的2.3倍.72 hpf,500 mg·L^-1的S-CYF可显著诱导胚胎产生卵黄囊水肿（YSE）、体轴弯曲（CB）等畸形效应（p<0.05）,而Rac-CYF降低了斑马鱼胚胎的孵化成功率.在本研究中发育毒性效应结果与急性毒性结果一致,均为S-CYF > Rac-CYF > R-CYF,表明丁氟螨酯对斑马鱼胚胎存在显著的对映选择性发育毒性,研究结果为丁氟螨酯的环境风险评估提供了理论依据.     

基于成组生物毒性测试的PM2.5毒性

为了准确评估PM_(2.5)的综合生物毒性,采用发光细菌急性毒性、斑马鱼胚胎急性毒性和体外人肺腺癌细胞(A549)毒性试验对常州市冬季雾-霾天、冬季正常天和夏季这3个时间段的PM_(2.5)进行生物毒性评价,并结合大气理化指标进行分析.结果表明,3个时间段的PM_(2.5)均表现出急性毒性或发育毒性.冬季雾-霾天、冬季正常天和夏季PM_(2.5)对发光细菌的毒性单位(toxicity unit,TU)值分别为1. 74(有毒)、1. 19(有毒)和0. 92(微毒);对斑马鱼胚胎的TU值从大到小排列为:冬季正常天(TU=1. 14,有毒)、冬季雾-霾天(TU=0. 79,微毒)和夏季(TU=0,无毒);对A549的TU值为:冬季雾-霾天(TU=0. 61,微毒)夏季(TU=0. 38,微毒)冬季正常天(TU=0. 31,微毒).在发育毒性方面,除夏季PM_(2.5)样品,其余2个时间段的PM_(2.5)均对斑马鱼胚胎发育有影响,主要表现出心包囊肿、脊椎弯曲和尾部畸形.平均毒性(average toxicity,Av Tx)、毒性指数(toxic print,Tx Pr)和最敏感测试(most sensitive test,MST)综合毒性评价方法表明冬季雾-霾天和冬季正常天PM_(2.5)均表现出有毒,夏季则表现出微毒,以冬季雾-霾天PM_(2.5)样品的综合毒性最高.此外,3种测试生物对PM_(2.5)污染物的敏感度排序为发光细菌斑马鱼胚胎 A549.理化指标和生物毒性的相关性分析结果表明,PM_(2.5)中所含的污染物对生物毒性效应产生影响,可为PM_(2.5)生物毒性综合评价和人体健康风险评估提供依据.     

通过多阶段暴露试验评价嘧菌酯对斑马鱼的急性毒性与发育毒性

嘧菌酯作为最畅销的甲氧丙烯酸酯类杀菌剂,是防治水稻病害的常用农药,其对水生生态环境的负面效应值得重视.为研究嘧菌酯对水生生物的危害,进行多阶段(成鱼、仔鱼、胚胎)斑马鱼毒性试验,分析了嘧菌酯对鱼类的急性毒性,同时,通过6 d胚胎发育试验,研究了嘧菌酯对鱼类早期发育阶段的影响.结果表明,斑马鱼3个生命阶段对嘧菌酯的敏感性(以96 h-LC50(致死中浓度)表示)顺序为:仔鱼(0.39 mg·L~(-1))胚胎(0.61 mg·L~(-1))成鱼(1.37 mg·L~(-1)).6 d胚胎发育试验结果发现,嘧菌酯可诱导斑马鱼胚胎出现一系列不良症状,包括孵化率下降、心率异常、生长抑制和心包水肿等.0.25 mg·L~(-1)的嘧菌酯可显著促进斑马鱼胚胎自主运动和心率,并能明显抑制孵化仔鱼的体长.0.6 mg·L~(-1)及更高浓度的嘧菌酯可明显抑制斑马鱼胚胎眼睛、体节、尾部和心脏的发育.研究显示,嘧菌酯对斑马鱼多个生命阶段均具有一定毒性,但对早期生命阶段毒性更强,因此,其对鱼类早期生命阶段的影响值得重视.     

某制药废水对发光细菌急性毒性的评价研究

采用发光细菌法测试某制药厂废水处理站工艺流程中5个节点废水的急性毒性.地下调节池水样EC50为3.44%,TUa为29,LID为625,为极强/高毒废水;地上调节池水样EC50为2.46%,TUa为41,LID为244,为极强/高毒废水;中间沉淀池水样EC50大于100%,LID=10,毒性较弱;二级沉淀池和总排放出口的废水EC50均大于100%,且LID均为1,无毒性.结果表明,现有处理工艺流程有效降低了制药废水对发光细菌的急性毒性,总排出口废水对发光细菌已经没有可见的生物毒性,达到相关制药废水排放标准.同时发现,低浓度废水对发光细菌的发光度不但没有抑制,反而有一定的增强作用.