混合型城市污水再生水中微量有機(jī)污染物健康風(fēng)險評價.pdf

1、水回用在世界許多地區(qū)都是一個不斷增長的現(xiàn)實需求，但是如何保障回收水再利用的安全性始終是一個關(guān)鍵問題。目前應(yīng)用的處理工藝對污水中微量有毒有害物質(zhì)尤其是有機(jī)物并不能有效去除，這一問題將影響污水回用的安全性。這些有機(jī)化合物種類多、濃度低，部分種類因其難揮發(fā)、難降解的特性而在環(huán)境中累積的量逐漸增多，且可通過生物富集作用和生物放大作用對人體和野生生物產(chǎn)生危害，故再生水的微量有機(jī)污染物生態(tài)安全評價和健康風(fēng)險評價已經(jīng)成為亟待解決的技術(shù)關(guān)鍵。
　

2、　健康風(fēng)險評價就是通過收集、整理和解釋各種與健康相關(guān)的資料，估算一定劑量的危險因素對人體、野生生物以及生態(tài)系統(tǒng)造成危害的可能性及其程度。健康風(fēng)險評價可以讓人們認(rèn)識到潛在的健康風(fēng)險，提高對這些風(fēng)險的重視程度，并能及時提供風(fēng)險預(yù)警，為政府機(jī)構(gòu)制定環(huán)境保護(hù)制度和政策提供科學(xué)依據(jù)，減少環(huán)境污染對人類健康和自然環(huán)境的危害。目前，健康風(fēng)險評價在國內(nèi)很多研究領(lǐng)域都得到了廣泛地應(yīng)用，但在污水回用領(lǐng)域研究報道尚不充分，評估體系和評估技術(shù)還在不斷完善之中。

3、
　　“混合型城市污水”的特點不同于一般生活污水，而國內(nèi)外有關(guān)的研究卻極少，其再生水回用的安全性評價更未見報道，因此亟需對混合型城市污水再生水的健康風(fēng)險評價做全面系統(tǒng)的理論研究和實踐應(yīng)用。本研究即對混合型城市污水再生水中有機(jī)提取物的健康風(fēng)險評價進(jìn)行了初步的理論探索和實踐應(yīng)用。
　　目的:
　　1.以PAEs高效降解菌的分離與降解效率研究為例驗證新老工藝對微量有機(jī)污染物去除的主要環(huán)節(jié)和工藝。
　　2.通過對傳統(tǒng)污水

4、處理工藝和新技術(shù)出水進(jìn)行健康風(fēng)險評價，比較兩者對污水中微量有機(jī)污染物的處理效果和出水回用的安全性，為新技術(shù)的開發(fā)研究與應(yīng)用推廣提供科學(xué)依據(jù)。
　　3.根據(jù)再生水中有機(jī)提取物的構(gòu)成特點，選擇相應(yīng)的毒理學(xué)實驗進(jìn)行定性定量的毒理學(xué)研究，探索能靈敏高效評價有機(jī)提取物毒性作用的實驗組合。
　　4.初步建立再生水中微量有機(jī)污染物的健康風(fēng)險評價程序。
　　方法:
　　1.采用濃度梯度馴化法從污水處理廠氧化溝活性污泥中分離PAE

5、s高效降解菌，測定其16S rDNA的序列，通過Genebank對比確定其種屬，設(shè)計正交試驗探索降解菌的最適降解條件，采用液液萃取-高效液相色譜法測定其對PAEs的降解效率。
　　2.采用XAD2樹脂吸附提取污水處理廠進(jìn)水、老工藝二級出水和三級出水以及新技術(shù)出水中的微量有機(jī)污染物，進(jìn)行GC-MS分析，通過NIST2002譜庫檢索，將水樣總離子圖與工作站里貯存的NIST譜庫中的譜圖相比較，確定化合物種類，通過比較吸收峰的峰面積初步評

6、價新老工藝對微量有機(jī)污染物的去除效果。
　　3.通過成組生物測試方法對各水樣中微量有機(jī)污染物的毒性進(jìn)行定性與定量研究。
　　第一步，采用青?；【鶴67做發(fā)光菌生物測試實驗，通過比較各水樣有機(jī)提取物的抑光率評價其急性毒性大小。
　　第二步，采用蠶豆根尖微核實驗和單細(xì)胞凝膠電泳試驗評價各水樣有機(jī)提取物的遺傳毒性。蠶豆根尖微核實驗選用松滋青皮豆，發(fā)芽種子染毒后，截取有絲分裂活躍的根尖部分，光學(xué)顯微鏡觀察處于生長點的細(xì)胞100

7、0個，測定其微核千分率，比較各組差別;單細(xì)胞凝膠電泳試驗采用人外周血淋巴細(xì)胞，經(jīng)染毒后與瓊脂糖混合凝膠，電泳后用溴乙錠染色，熒光顯微鏡下觀察、拍照，通過圖像分析系統(tǒng)測量相應(yīng)的拖尾細(xì)胞數(shù)計算拖尾率，同時測量拖尾細(xì)胞的尾長，比較各組差別。
　　第三步，采用重組基因酵母生物測試、小鼠子宮增重及形態(tài)學(xué)實驗評價各水樣有機(jī)提取物的雌激素樣作用。重組基因酵母生物測試選用染色體上整合了人雌激素受體(hER) DNA序列的酵母菌株，通過測定因類雌激

8、素物質(zhì)激活酵母產(chǎn)生的β-半乳糖苷酶活性來判斷各水樣有機(jī)污染物的雌激素樣活性;對剛斷乳處于生長發(fā)育期的小鼠腹腔注射染毒，3天后處死取子宮，稱重量計算子宮體重比，然后制石蠟切片，HE染色觀察子宮組織的形態(tài)，包括子宮內(nèi)膜厚度、子宮腺體數(shù)量，免疫組化染色觀察ERα的表達(dá)與分布，圖像分析系統(tǒng)測量各項指標(biāo)，比較各組差別。
　　4.采用美國環(huán)境保護(hù)署(United States Environmental ProtectionAssociati

9、on，USEPA)健康風(fēng)險評價四步法，結(jié)合本研究的毒理學(xué)實驗結(jié)果，對鄭州市某污水處理廠用作景觀用水的新老工藝再生水中微量有機(jī)污染物進(jìn)行健康風(fēng)險評價。在評價過程中，為使不同毒理學(xué)實驗所取得的實驗指標(biāo)能夠相互比較利用，可將苯酚作為“通用標(biāo)準(zhǔn)”，把有機(jī)污染物的毒性作用強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為同作用強(qiáng)度的苯酚濃度，用以評價劑量-效應(yīng)關(guān)系。
　　結(jié)果:
　　1.從活性污泥中分離出一株P(guān)AEs高效降解菌，經(jīng)鑒定確定屬于假單胞菌屬，其能以PAEs為唯一

10、碳源和能量來源，底物濃度是降解PAEs最為主要的因素，溫度次之，pH影響最小;最佳條件為:pH8.0，溫度23℃。
　　2.鄭州市混合型城市污水中所含的有機(jī)污染物中確定的有苯乙烯、枯烯、a-甲基苯乙烯、3-乙基苯乙烯、4-乙基苯乙烯、1，3-二乙烯苯、鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸丁芐酯。各種有機(jī)物的GC-MS吸收峰面積隨處理工藝的加深而呈逐漸降低態(tài)勢，新技術(shù)出水有機(jī)提取物的各種有機(jī)物峰面積均低于老工藝三級出水。
　　3.在與

11、原水濃度相比濃縮100倍時，各個水樣間有機(jī)提取物對發(fā)光菌的發(fā)光抑制率均有顯著性差異(F=222.535，P＜0.001)，老工藝二級出水、三級出水和新技術(shù)出水中的有機(jī)提取物對發(fā)光菌的抑光率也存在顯著性差異。
　　同樣在濃縮100倍時，蠶豆根尖微核試驗可見，與進(jìn)水有機(jī)提取物相比，DMSO、新技術(shù)出水和三級出水有機(jī)提取物染毒的蠶豆根尖長度明顯比進(jìn)水長，顏色無明顯變黃，發(fā)育良好，二級出水有機(jī)提取物染毒的蠶豆根尖外觀與進(jìn)水組近似。各水樣有

12、機(jī)提取物的蠶豆根尖細(xì)胞微核率之間的差異具有顯著性（F=42.526，P＜0.001），各組間兩兩比較可以發(fā)現(xiàn)，DMSO組和新技術(shù)出水組與陰性對照組的差異不具有顯著性（P＞0.05），而與新技術(shù)出水組相比，二級出水和進(jìn)水與其差異具有顯著性(P＜0.05)，二級出水和進(jìn)水組之間也存在顯著性差異(P＜0.05)。人外周血淋巴細(xì)胞單細(xì)胞凝膠電泳試驗可見，在熒光顯微鏡下，細(xì)胞DNA呈桔黃色，正常的呈圓團(tuán)形，損傷的細(xì)胞DNA形成彗星樣的拖尾現(xiàn)象，彗

13、尾指向陽極，各水樣染毒人外周血淋巴細(xì)胞產(chǎn)生彗星的尾長和拖尾率在各組間均有差異（F值分別為243.535和148.623，P＜0.001），與陰性對照組比較，進(jìn)水、二級出水染毒人外周血淋巴細(xì)胞產(chǎn)生彗星的尾長和拖尾率均高于陰性對照組（P＜0.01），與進(jìn)水比較，二級出水、三級出水染毒人外周血淋巴細(xì)胞產(chǎn)生彗星的尾長和拖尾率均低于進(jìn)水(P＜0.01)，與二級出水比較，三級出水產(chǎn)生彗星的拖尾率低于二級出水(P＜0.01)。
　　在重組基因酵

14、母檢測中，新技術(shù)出水有機(jī)提取物處理的酵母在濃縮1000倍時表現(xiàn)出β-半乳糖苷酶活性，而三級出水、二級出水和進(jìn)水都為500倍，相同條件下的β-半乳糖苷酶活性，新技術(shù)出水組＜三級出水組＜二級出水組＜進(jìn)水組。小鼠子宮增重實驗中，具有顯著性差異的只有進(jìn)水有機(jī)提取物油溶液原液組和陰性對照組之間的比較（P＜0.05），其它各水樣組之間皆無顯著性差異存在。小鼠子宮切片HE染色，與陰性對照組相比，三級出水有機(jī)提取物油溶液原液、二級出水和進(jìn)水的原液和1/

15、4稀釋度組粘膜厚度增加（P＜0.05），新技術(shù)出水組的內(nèi)膜增厚并不顯著(P＞0.05)，且在原液水平的比較上新技術(shù)出水組的內(nèi)膜增厚與三級出水、二級出水以及進(jìn)水都不同（P＜0.05）。子宮腺體數(shù)的比較，新技術(shù)出水有機(jī)物油溶液原液組與其它水樣原液組相比都存在顯著性差異(P＜0.05)，二級出水原液組與進(jìn)水原液組相比差異不顯著（P＞0.05），但迸水原液稀釋至1/16時出現(xiàn)顯著性差異(P＜0.05)。免疫組化染色后測量陽性細(xì)胞的平均光密度可發(fā)

16、現(xiàn)，只有進(jìn)水有機(jī)提取物油溶液的原液組與陰性對照組有顯著性差異（P＜0.05），三種出水的原液組與進(jìn)水組比較沒有顯著性差異(P＞0.05)，稀釋以后卻存在顯著性差異（P＜0.05）。
　　4.健康風(fēng)險評價結(jié)果顯示，作為景觀用水回用，新技術(shù)出水微量有機(jī)污染物的終生健康風(fēng)險為3.912×10-12，個體健康年風(fēng)險為5.589×10-14;三級出水持久性有機(jī)物的終生健康風(fēng)險為1.566×10-10，個體健康年風(fēng)險為2.237×10-13。

17、相比于風(fēng)險最大可接受水平10-6/a，無論是新技術(shù)出水還是三級出水的微量有機(jī)污染物的健康風(fēng)險都處在可忽略的水平范圍之內(nèi)。新技術(shù)出水的風(fēng)險值比三級出水要小的多。
　　結(jié)論:
　　1.鄭州市混合型城市污水中所含的微量有機(jī)污染物由苯乙烯及其衍生物和鄰苯二甲酸酯類兩大類構(gòu)成。老工藝能大幅去除污水中微量有機(jī)污染物，但新技術(shù)的去除效果更為明顯。
　　2.鄭州市混合型城市污水中所含的微量有機(jī)污染物在一定的濃度條件下表現(xiàn)出急性毒性作用