两种分子量分级下DOM的组分特征及其生物毒性

分别采用超滤离心管和超滤杯两种方式制备不同分子量的溶解性有机物（DOM）,探究不同的分子量分级方式对获得的DOM组成成分特征及其生物毒性效应的影响,同时判明各组分联合作用方式.DOM分别来源于城市污水厂出水（EfOM）及商品天然腐植酸（SWR-NOM）.结果表明,两种分级方式获得的不同分子量DOM含有相同的荧光峰,腐殖酸类物质是EfOM与SWR-NOM含有的主要荧光类有机质（FDOM）,占FDOM的56%~91%.同种DOM不同分子量组分中FDOM组成相对含量一致.采用超滤离心管分级得到的DOM在不同分子量区间内SUVA₂₅₄和E2/E3的差异较大,而采用超滤杯分级时差异变化较小.对于发光细菌急性毒性,在同一分子量区间内,采用超滤杯分级获得的DOM组分检测到的发光细菌毒性值大于采用超滤离心管分级检测到的结果,但采用超滤杯分级时<1kDa组分的急性毒性效应值低于检测限.利用浓度加和模型（CA）对DOM中各组分的联合作用方式进行判断,发现DOM混合物的联合毒性符合CA模型,预测联合毒性效应占检测到的实际水样毒性的67%~104%.     

基于物质剂量效应曲线形状的联合作用分析

为探明能否从剂量效应曲线形状研究物质的联合作用,选择5种不同类型的标准物质,分别为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、氟硅唑、三氯异氰尿酸、ZnSO_4·7H_2O、CdCl_2·2.5H_2O,借助青海弧菌Q67(Vibrio-qinghaiensis sp.-Q67)微孔板生物毒性检测法和非线性毒性单位法(TU'模型)进行了标准物质及二元混合物的急性毒性检测及联合作用评价分析。二元混合物按照经典的等毒性法配置,选择EC_5、EC_(10)、EC_(15)、EC_(20)、EC_(25)、EC_(30)、EC_(35)、EC_(40)、EC_(45)、EC_(50)等浓度水平。利用最小二乘法进行单一物质剂量效应拟合获得各物质的剂量效应方程。结果表明:5种不同作用机理的标准物质按照剂量效应曲线类型分为3类;SDBS的剂量效应曲线趋势与其和Q67的作用过程相吻合;曲线类型相同的3组二元组合均表现为加和作用;不同曲线类型的7组二元组合中有5组产生了不同程度的协同或拮抗作用,产生联合作用的百分比高达71.4%,强度最高达53%;从物质的剂量效应曲线形态特征研究物质的联合作用具有可能,且工作量较小。     

污水处理与回用过程对生态毒性的削减和水质安全评价

利用发光细菌急性毒性试验、藻类生长抑制试验、斑马鱼幼鱼致死试验和SOS/umu试验对以A2O-MBR为主要处理工艺的污水处理及回用中生态毒性的变化进行研究,同时利用建立的水质安全性评价体系对再生水回用中的生物安全性进行评价,保障再生水回用的安全性。结果表明,A2O二级生物处理可有效削减荧光抑制毒性、藻细胞生长抑制毒性和斑马鱼幼鱼急性毒性,削减了94%以上,不过遗传毒性只削减了50.92%;由于消毒过程的引入,MBR处理出水的4种生态毒性呈现不同程度的升高,尤其是对遗传毒性和斑马鱼幼鱼毒性;当再生水回用于人工湖之后,4种生态毒性都明显降低,尤其是遗传毒性,削减了89.21%;水质安全性评价结果显示,经A2O生物处理后污水水质等级由C级升高至A级,产生的再生水回用于景观用水之后水质等级由B级升高到A级。研究表明,A2O二级生物处理和人工湖近自然系统能有效降低污水及再生水的生物毒性,而消毒副产物会使MBR-消毒出水毒性增大,并且开放式的生态系统可进一步去除在污水处理过程中未被去除的毒性物质,尤其是遗传毒性物质,从而改善水质。     

UV/TiO2光催化过程对二级处理出水多重生物效应的削减特性研究

为了考察复杂体系的二级处理出水在UV光解及UV/TiO_2光催化反应过程中生物效应的变化,本文探究了反应前后发光细菌的荧光抑制毒性、SOS/umu遗传毒性、小球藻光合抑制效应3种生物效应的变化,并分析了物化指标的变化与生物效应之间的关系.结果表明,UV光降解过程并不能高效削减二级处理出水的荧光抑制毒性,但可以高效削减遗传毒性和光合抑制效应,其削减率分别达到61%和81%;在低辐照强度下,UV/TiO_2光催化过程对3种生物效应的削减率分别为38%、84%和80%.增大辐照强度后,3种生物效应的削减率进一步提高,尤其是荧光抑制毒性,其削减率可提高至62%.在UV光降解条件下,二级处理出水的遗传毒性、光合抑制效应与荧光强度、UV_(254)之间存在很好的线性关系;在UV/TiO_2光催化条件下,二级处理出水的3种生物效应都与荧光强度、UV_(254)之间具有很好的线性关系.这为二级处理出水生物效应的控制及生态安全的保障提供了一定的依据.     

酵母提取物对大型蚤急性毒性实验的影响

为了缩短大型蚤急性毒性实验的周期,并且验证毒性实验的灵敏度和稳定性,对投加酵母提取物饲养的大型蚤的生长周期、2次产卵时间间隔、产卵数量、以及幼蚤灵敏度和稳定性进行研究,并将其应用于已知毒性物质和环境样品的毒性检测.结果表明,酵母提取物的适宜投加量为18.00～22.00 mg/L.在该浓度下饲养的大型蚤可保持较好的怀卵量,生长至成熟期和2次怀卵的时间间隔较短,幼蚤的灵敏度较好,毒性测试结果稳定.采用此方法测定的4种重金属和4种有机物的大型蚤急性毒性的24 h-EC50和48 h-LC50与已发表的实验结果比较相近,证明该方法准确、可靠.将该方法应用于城市生活污水急性毒性的测定发现,投加酵母提取物饲养的大型蚤所产幼蚤可以明显区分生活污水原水和处理后最终出水.因此,采用投加适量酵母提取物饲养大型蚤的方法可以缩短实验周期,为测定环境样品生物毒性提供方便.     

基于叶绿素荧光成像技术的藻毒性检测法的建立及在环境监测中的应用

应用新型大面积调制叶绿素荧光成像系统(Maxi-Imaging-PAM),以蛋白核小球藻作为指示生物,以典型的光合作用抑制剂敌草隆和莠灭净为测试物质,建立了微孔板式藻毒性检测方法,确定了实验参数对结果的影响,并将该方法应用于检测石油废水的藻毒性.结果表明,最适实验条件为:藻细胞的暴露浓度在3.45×10~6～5.28×10~6 cell·mL~(-1)范围内,暴露时间为2 h时,毒性检测最灵敏,获得的敌草隆和莠灭净的半最大效应浓度(EC_(50))分别为(4.33±0.38)μg·L~(-1)和(3.87±0.27)μg·L~(-1).将该方法成功应用于某石油废水的藻毒性检测,确定其EC_(50)值为1.03%±0.07%(稀释百分数),相当于414.96μg·L~(-1)的敌草隆的毒性.本研究建立的微孔板式藻毒性检测方法具有灵敏度高、所需样品量少、可大批量测试等优点,对毒理学发展具有重要意义.     

基于A2/O处理工艺的生活污水的成组生物毒性评价

为了更加准确评估城市生活污水的综合生物毒性以及处理工艺对污水毒性的削减状况,本研究通过发光菌急性毒性、遗传毒性、雌激素活性检测方法对A~2/O工艺处理前后污水的毒性进行评价,同时通过斑马鱼暴露实验分析污水和回用水对水生生物内分泌干扰效应的作用模式.结果表明,污水厂进水具有较强的急性毒性、遗传毒性以及雌激素活性,水质较差.经二级生物处理后,上述毒性显著性降低,污水厂出水水质提高.但污水出水雌二醇当量为1.89 ng·L-1,仍可能会对受纳水体的水生生物产生潜在危害.浓缩2.5倍的水样导致雄性斑马鱼肝脏的卵黄原蛋白基因(vtg1)和雌激素受体基因(esr1)的表达水平显著上升,由此可以得出污水可通过干扰目的基因的表达来调控水生生物的内分泌活动.而esr1基因在肝脏的表达被抑制说明污水可能具有抗雌激素作用,同时反映进行生物毒性效应分析时应从多个组织或器官考虑,以获得比较全面的信息.     

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.     

化学物质对发光菌的联合毒性评价方法

毒性单位法(TU)的理论基础来源于剂量加和模型(DA),目前仅在二元联合毒性评价中广泛应用。为了确定TU模型适合评价的混合物类型,实验选取5种剂量效应曲线类型不同的物质,采用微板光度计测试了一元、二元混合物对发光菌青海弧菌-Q67(Vibrio-qinghaiensis sp.-Q67)的急性毒性。根据物质的剂量效应曲线形状将物质分为A、B、C 3类,利用毒性单位法(TU)和联合作用定义法分别对AA类、AB类、AC类、BC类混合物进行分析。结果表明,TU法仅适合于由剂量效应曲线接近直线的物质组成的混合物进行联合毒性的评价。以效应为基准、TU模型为框架建立了TU’模型,该模型可以满足对任何类型已知成分的混合物或者未知成分的实际水样之间的多元联合作用的评价。     

自然光和UV辐照下二级出水DOM及毒性的变化

为了探明自然光和紫外光（UV）对二级处理出水中溶解性有机物（DOM）及其毒性效应的削减特性，研究了在自然光和UV两种不同光源的辐照条件下，二级处理出水中DOM的光谱特性、遗传毒性和植物毒性变化，阐明了毒性效应变化的成因.结果表明：相比于自然光照，UV辐照可以明显降低二级处理出水的UV₂₅₄，并达到21%矿化.自然光和UV均可降低二级处理出水中有色溶解性有机物（CDOM），但去除的组分有所差异.同时，自然光照与UV辐照均可降低二级处理出水的遗传毒性，其削减率分别达到92%和61%.遗传毒性的变化与CDOM荧光强度变化有显著相关性.UV辐照可降低二级处理出水的植物毒性，削减率达到81%，而自然光照对二级处理出水植物毒性的削减率仅为19%，削减效果较差.利用UPLC-MS检测二级出水中的除草剂，发现植物毒性削减的差异主要是由于自然光照下二级处理出水中的阿特拉津降解缓慢，表观降解速率常数为0.0033h^-1；但是UV辐照下二级处理出水中的阿特拉津可快速降解，其表观速率常数为0.2225h^-1.这为污水厂排放水毒性效应控制及生态安全保障提供了一定的依据.