行業廢水對蛋白核小球藻的綜合毒性效應

賴永豐 陳洪偉 曾燕艷

(東莞理工學院 化學與環境工程學院，廣東東莞 523808)

工業廢水中含有許多有毒有害污染物，各污染物毒性效應差別大，單一的生物化學指標不能反映化學物質之間的協同、疊加和拮抗等聯合作用。生物綜合毒性評價技術是指通過評價污染物對生物的影響以評價其毒性的方法。在國內也有不少學者利用生物毒性測試技術來檢測水質的綜合毒性。周作明等［1］選擇蛋白核小球藻為試驗藻種，采用急性毒性試驗考察皮革廢水經微電解-SBR工藝處理后的綜合毒性變化情況。倪瀟瀟等［2］采用生物毒性對造紙廢水的潛在慢性毒性進行評價。石瑛等［3］利用1，4-二氯苯對蛋白核小球藻的生長狀況、蛋白質含量、葉綠素含量等評價1，4－二氯苯對海洋微藻的毒性效應及其毒性機理。姜斌等［4］利用發光細菌對三種行業廢水進行綜合毒性強度評價，得到毒性強度的初步排序。本文主要研究蛋白核小球藻對某些具有達標性的工業廢水的毒性效應，反映東莞市工業廢水水質情況。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗藻種取自中國淡水藻種庫的蛋白核小球藻 (chlorella pyrenoidosa，藻種編號:FACHB－415)。蛋白核小球藻屬于綠藻門綠藻綱綠球藻目小球藻科小球藻屬，單細胞藻類，呈圓球形，壁薄，色素體杯狀，幾乎充滿整個細胞，有1個很明顯的蛋白核。直徑為3～5 μm，生殖個體有時可達23 μm。蛋白核小球藻分布于含有機物質豐富的小型水體中，在水洼、池塘及淺水湖灣中較為常見，但有時亦發現在水邊潮濕的土壤中。

選擇東莞市具有代表性的電子及半導體元器件、油漆油墨、皮革加工等企業的廢水作為研究對象。

1.2 實驗方法

1.2.1 培養條件

將藻種在本實驗室條件下進行馴化，初期采取低光照培養，逐步提高光照強度。蛋白核小球藻選用SE培養基 (SE Medium)。培養條件為:溫度:25℃;光照強度:2000 lux，光暗比為12 h∶12 h，pH范圍約6～8，必要時可以用NaOH和HCl調節pH。每天隨機搖晃3次，保證藻類在液體培養基內均勻分布。

實驗用器皿和配制的培養基約經20 min，121℃的高壓蒸汽滅菌后方可使用。培養基配置見表1。

表1 培養基配置

1.2.2 藻類抑制實驗

取三個250 mL的三角瓶，分別加入100 mL不同濃度的水樣 (廢水體積濃度分別為6.25%、12.5%、25%、50% 和100%)，再向每個三角瓶中加入適量體積的藻液。將其放入培養箱中，溫度維持在25±2℃，用白熾燈進行連續光照，每天搖晃3次，隨機調換瓶子的位置，四天為一個周期 (蛋白核小球藻不需要振蕩培養)。每個濃度做三組平行實驗。

對照組瓶中不加入受試水樣，而添加適量的培養基。

1.2.3 細胞密度的測定

分別在24 h、48 h、96 h進行計數。根據藻密度計算工業廢水的相對抑制率:

其中，N—實驗組的藻密度;N0—對照組的藻密度。

2 結果和討論

2.1 不同行業廢水基本水質狀況

本次研究采集不同企業的廢水進行檢測，檢測方法參照《水與廢水水質監測分析方法第四版》，重金屬采用火焰原子吸收法進行檢測。其檢測結果詳見表2。

表2 不同行業廢水水質情況 mg·L－1(除pH外)

2.2 不同行業廢水對蛋白核小球藻生長的影響

圖1 某油漆企業廢水對蛋白核小球藻生長的影響

圖2 某皮革加工企業廢水對蛋白核小球藻生長的影響

圖3 某電子元器件及半導體企業廢水對蛋白核小球藻生長的影響

本次研究選取了某油漆企業、皮革加工企業和電子元器件和半導體加工企業的廢水作為研究對象，選取5個不同濃度的水樣進行測試，蛋白核小球藻的生長曲線詳見圖1、圖2和圖3。行業廢水對蛋白核小球藻的生長具有明顯的抑制作用，且隨著濃度的升高，抑制作用加強。由圖可知，油漆油墨企業受試水體中藻類細胞的在4 d內基本不變，表明該企業廢水的水質對藻類生長有抑制作用，使藻類的生長處于穩定期或死亡數目接近于生長數目;皮革加工企業廢水的污染物含量對于蛋白核小球藻的生長抑制作用不強，藻類細胞有較為明顯的生長緩期和對數生長期;電子元器件及半導體企業的廢水污染物程度高，當廢水含量為6.25%時，小球藻的生長曲線已成為與X軸接近平行的直線，隨著其含量的升高，小球藻的生長緩期逐漸延長，其藻類生長的滯緩期與對數生長期的區別基本消失。

將藻類生長情況與該企業廢水水質進行比較，行業廢水中含有適合藻類生長的少量的營養物質，但是過高的磷酸鹽 (油漆油墨行業)對水體造成污染，反而抑制藻類的生長;皮革加工企業含有價高的COD，對藻類的生長造成一定程度的影響，當廢水含量達到25%時，藻類細胞密度為對照組的50%，即可認為改水體的EC50為25%;電子元器件及半導體企業的水質呈酸性，不適合藻類的生長，所以藻類從第1天開始就呈現衰亡趨勢，而且，該水體的重金屬Cu超標，加快了藻類的衰亡速率。

2.3 各行業廢水對蛋白核小球藻生長的相對抑制率

圖4 某油漆企業廢水對蛋白核小球藻生長相對抑制率

圖5 某皮革加工企業廢水對蛋白核小球藻生長相對抑制率

圖6 某電子元器件及半導體企業廢水對蛋白核小球藻生長相對抑制率

不同行業的廢水對蛋白核小球藻生長的相對抑制率見圖4～6。由圖4和圖5可見，隨著廢水含量的增加，藻細胞生長的相對抑制率基本呈逐漸增大的趨勢，表現出劑量－效應關系。圖6中藻類生長情況在5個濃度下基本不變，廢水含量低時對藻類的生長抑制作用顯著，水質問題突出，細胞生長的相對抑制率隨著藻類培養時間的延長而逐漸增大，表現出時間－效應關系。

根據不同樣品不同濃度小球藻的生長曲線可以知道，各個企業的不同濃度水樣均對小球藻有一定的抑制效果，不考慮水質中單個污染物的影響因素，雖然個別水樣出現小球藻數量發生反彈，但總體對藻類抑制明顯，并以電子元器件與半導體加工企業最為顯著。同時，藻類的抑制作用于水樣的濃度程正比關系，有一定的線性。由每天的比生長率和抑制率可以看出，小球藻的數量在第一個24 h中均出現負增長，之后的時間段里大部分保持一定的負增長在漸漸低減少，也又少部分水樣出現藻類數量增加的現象，從抑制率分析，絕大部分水樣中小球藻受到了抑制，程度有所不同，電子元器件與半導體加工企業出現了零小球藻的情況。

3 結論

實驗結果表明，蛋白核小球藻這項生物毒性指標應用于工業廢水的水質評價具有快速、簡便的優點，解決了單一理化指標難以評價復雜水質毒性的問題。三種行業廢水的毒性表現特點都是隨著廢水含量的變化而呈現出明顯的正相關毒性效應，即廢水中的污染物濃度越大，其毒性越高。三個行業的毒性大小為電子元器件及半導體加工企業＞皮革加工企業＞油漆企業。表明，東莞市內主要對東江水產生污染的企業是電子元器件與半導體加工企業，電子行業在東莞市發展迅速，具有強大的經濟市場，與此同時也對東莞的河流、運河以及空氣造成不同程度的污染，政府應該加強對企業的排污狀況的檢查力度，各企業應該把好自己的關，不斷完善和改進生產工藝以及廢水處理工藝，使廢水達標排放，減緩對東莞市河流環境的污染。

［1］周作明，李艷，董梅霞.皮革廢水經微電解-SBR處理后的綜合毒性變化［J］.環境工程學報，2009，3(11):1985－1988.

［2］倪瀟瀟，王子健.造紙廠廢水的生物毒性測試［J］.中國造紙，2006，25(12):27－29.

［3］石瑛，杜青平，謝樹蓮.1，4－二氯苯對蛋白核小球藻的毒性效應［J］.環境科學研究，2007，20(3):133－135.

［4］姜斌，張滌非.不同行業工業廢水生物毒性強度研究［J］.環境保護科學，2003，29(3):21－23.