混合型城市污水再生水中微量有機污染物健康風險評價.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鍵問題。目前應用的處理工藝對污水中微量有毒有害物質尤其是有機物并不能有效去除，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污染物生態(tài)安全評價和健康風險評價已經(jīng)成為亟待解決的技術關鍵。
　

2、　健康風險評價就是通過收集、整理和解釋各種與健康相關的資料，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。健康風險評價可以讓人們認識到潛在的健康風險，提高對這些風險的重視程度，并能及時提供風險預警，為政府機構制定環(huán)境保護制度和政策提供科學依據(jù)，減少環(huán)境污染對人類健康和自然環(huán)境的危害。目前，健康風險評價在國內很多研究領域都得到了廣泛地應用，但在污水回用領域研究報道尚不充分，評估體系和評估技術還在不斷完善之中。

3、
　　“混合型城市污水”的特點不同于一般生活污水，而國內外有關的研究卻極少，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險評價做全面系統(tǒng)的理論研究和實踐應用。本研究即對混合型城市污水再生水中有機提取物的健康風險評價進行了初步的理論探索和實踐應用。
　　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、處理工藝和新技術出水進行健康風險評價，比較兩者對污水中微量有機污染物的處理效果和出水回用的安全性，為新技術的開發(fā)研究與應用推廣提供科學依據(jù)。
　　3.根據(jù)再生水中有機提取物的構成特點，選擇相應的毒理學實驗進行定性定量的毒理學研究，探索能靈敏高效評價有機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污染物的健康風險評價程序。
　　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水、老工藝二級出水和三級出水以及新技術出水中的微量有機污染物，進行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污染物的毒性進行定性與定量研究。
　　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胞凝膠電泳試驗評價各水樣有機提取物的遺傳毒性。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，光學顯微鏡觀察處于生長點的細胞100

7、0個，測定其微核千分率，比較各組差別;單細胞凝膠電泳試驗采用人外周血淋巴細胞，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)測量相應的拖尾細胞數(shù)計算拖尾率，同時測量拖尾細胞的尾長，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)學實驗評價各水樣有機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、素物質激活酵母產(chǎn)生的β-半乳糖苷酶活性來判斷各水樣有機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)，包括子宮內膜厚度、子宮腺體數(shù)量，免疫組化染色觀察ERα的表達與分布，圖像分析系統(tǒng)測量各項指標，比較各組差別。
　　4.采用美國環(huán)境保護署(United States Environmental ProtectionAssociati

9、on，USEPA)健康風險評價四步法，結合本研究的毒理學實驗結果，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污染物進行健康風險評價。在評價過程中，為使不同毒理學實驗所取得的實驗指標能夠相互比較利用，可將苯酚作為“通用標準”，把有機污染物的毒性作用強度轉換為同作用強度的苯酚濃度，用以評價劑量-效應關系。
　　結果:
　　1.從活性污泥中分離出一株PAEs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，新技術出水有機提取物的各種有機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、三級出水和新技術出水中的有機提取物對發(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，與進水有機提取物相比，DMSO、新技術出水和三級出水有機提取物染毒的蠶豆根尖長度明顯比進水長，顏色無明顯變黃，發(fā)育良好，二級出水有機提取物染毒的蠶豆根尖外觀與進水組近似。各水樣有

12、機提取物的蠶豆根尖細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），而與新技術出水組相比，二級出水和進水與其差異具有顯著性(P＜0.05)，二級出水和進水組之間也存在顯著性差異(P＜0.05)。人外周血淋巴細胞單細胞凝膠電泳試驗可見，在熒光顯微鏡下，細胞DNA呈桔黃色，正常的呈圓團形，損傷的細胞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，進水、二級出水染毒人外周血淋巴細胞產(chǎn)生彗星的尾長和拖尾率均高于陰性對照組（P＜0.01），與進水比較，二級出水、三級出水染毒人外周血淋巴細胞產(chǎn)生彗星的尾長和拖尾率均低于進水(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，新技術出水有機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、二級出水和進水都為500倍，相同條件下的β-半乳糖苷酶活性，新技術出水組＜三級出水組＜二級出水組＜進水組。小鼠子宮增重實驗中，具有顯著性差異的只有進水有機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，三級出水有機提取物油溶液原液、二級出水和進水的原液和1/

15、4稀釋度組粘膜厚度增加（P＜0.05），新技術出水組的內膜增厚并不顯著(P＞0.05)，且在原液水平的比較上新技術出水組的內膜增厚與三級出水、二級出水以及進水都不同（P＜0.05）。子宮腺體數(shù)的比較，新技術出水有機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胞的平均光密度可發(fā)

16、現(xiàn)，只有進水有機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.健康風險評價結果顯示，作為景觀用水回用，新技術出水微量有機污染物的終生健康風險為3.912×10-12，個體健康年風險為5.589×10-14;三級出水持久性有機物的終生健康風險為1.566×10-10，個體健康年風險為2.237×10-13。

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