再生水水質生物毒性監測研究進展

王 蕊

（河北工程大學水利水電學院，河北 邯鄲 056038）

1 引言

當前水資源的過度開發，再生水回用已經成為國內外國家解決城市缺水問題、改善水生態系統的有效途徑之一。所謂再生水回用，是指污水處理廠的二沉淀出水經一系列工藝處理之后再應用到農業、工業、河湖補水。再生水來源于城市污水，未被去除的污染物可能帶來一定毒性，污水處理工藝中加入的化學消毒劑雖然能有效殺菌，但也會產生消毒副產物，在利用過程中帶來一定的生態風險。

常規的理化方法是利用各種污染物濃度的超標率來評價水質污染情況，但對潛在的生態風險無法定量分析，因此不能全面反映水質的情況。各國研究者開始用生物毒性監測的方法，利用生物在水質污染或變化時的生態行為反映水質毒性變化，為水質監測提供科學依據，已經成為預測和保障水質安全的重要手段。

2 再生水水質生物毒性監測

2.1 魚類的生物毒性監測

在水生生物食物鏈中，魚類處于最高端，當遇到某些污染物時，其生理或器官的功能會發生相應的變化，對污染物敏感這一特征可以間接反映水的生物毒性。因此，魚類常常被用于水質毒性監測和評價。

熊張東[1]等用斑馬魚測試了海南省某污水處理廠的沉淀池出水經 NaClO、ClO2、NH2Cl、O3等4種典型消毒劑及與紫外聯合消毒處理后對魚胚胎發育的影響。結果表明，斑馬魚胚胎在各種消毒劑消毒后的出水中，心跳變慢、出現畸形，但無死亡。ClO2消毒致畸性最弱，O3消毒使胚胎心跳降低最明顯，NaClO和NH2Cl消毒對胚胎也有一定影響。根據斑馬魚胚胎心率的大小，毒性從大到小依次為:O3＞NaClO＞NH2Cl＞ClO2。當與紫外聯合消毒后，其危害指數均比其單獨消毒有所降低，特別是NaClO與紫外組合消毒后，毒性降低顯著。NH2Cl、O3與紫外線組合消毒后，毒性有所降低但不明顯，ClO2與紫外線組合消毒后與單一用ClO2消毒相同，沒有明顯差別。

閆志明[2]等用青鳉魚測試了7個城市污水處理廠二沉淀出水的生物毒性，結果表明這7個城市污水處理廠的再生水均不利于青鳉魚胚胎的發育，其中3個二沉淀出水中毒性很大，青鳉魚胚胎死亡率都是100%。出水后對其進行投加硝化菌及曝氣脫氨氮的處理，胚胎死亡率有所降低。再生水只經臭氧氧化處理后，魚胚胎逐漸開始死亡，幼魚出現畸形，總致死率增加。“臭氧+生物濾池”再生水處理工藝能顯著降低對青鳉魚的毒性，胚胎死亡率減少，未看到畸形的幼魚。

由此可見，O3和NaClO等氧化劑用于二沉淀出水消毒時，會產生消毒副產物，對魚具有一定毒性，尤其是經O3消毒后對魚的毒性最大。當氧化劑與紫外線組合消毒后，能一定程度削減毒性。

2.2 蚤類的生物毒性監測

水蚤是生活在淡水中的一種體型很小的浮游動物，以細菌、酵母菌、藻類及動植物的殘片為食，培育方便，分布范圍廣，對有毒物質敏感，是國際公認的毒性標準受試生物，常用死亡率或抑制率作為指標測試水質毒性程度。

劉家飛[3]等用大型蚤對某城市5個污水處理廠的再生水原水（二級出水后未經處理）和其中A、B污水處理廠的再生水經各個單元處理工藝后的出水進行毒性測試。研究發現，再生水原水對大型蚤有很強的抑制作用，抑制率高達100%。A廠的“混凝沉淀+膜過濾+氯消毒”和B廠的“膜生物反應器+臭氧氧化+生物活性炭”再生水處理工藝，均降低了對大型蚤的毒性，但氯消毒和臭氧氧化工藝單元處理使再生水的毒性明顯增加。

袁雅心[4]對用大型蚤測試了石家莊市三個城市污水處理廠的進水、二級出水、出水的生物毒性，比較不同處理工藝后再生水的毒性。其中大型蚤的活動抑制率與水樣濃度有關，即大型蚤受到的活動抑制作用，隨測試水樣濃度的減小而減弱。再生水深度處理工藝均有效削減了對大型蚤的毒性，從去除效果排序為潛流濕地＞“砂濾+紫外”＞“臭氧+紫外”。

由此可見，再生水經氯消毒和臭氧氧化工藝處理后，對大型蚤有很強的抑制作用，顯著增加了再生水對大型蚤的毒性，潛流濕地工藝能有效削減毒性。

2.3 藻類的生物毒性監測

藻類能適應各種環境，繁殖能力強，對毒物也比較敏感，可以直接觀察細胞水平上的中毒癥狀[5]，通常用生長抑制作為指標用于毒性監測。目前用于實驗的藻類有普通小球藻，羊角月牙藻，斜生柵藻，鹽藻等藻種。

孫青[6]用斜生柵藻作為受試生物測試了三個污水處理廠再生水的毒性，結果表明再生水經NaClO消毒后對斜生柵藻的細胞膜具有明顯破壞作用，抑制了藻的活性，對斜生柵藻的毒性顯著增強。

武毛妮[7]以微藻抑制率為指標，通過觀察微藻細胞個數測試了再生水的生物毒性，發現在進水、好氧池與MBR（膜生物反應器）出水中，微藻的毒性逐漸降低，尤其好氧池階段去除毒性效果顯著。

由此可見，經NaClO消毒工藝處理后的再生水對藻的細胞膜有破壞作用，顯然增加了再生水毒性，而好氧池能削減對其毒性。

2.4 發光細菌的生物毒性監測

發光細菌的熒光會隨著周圍環境的改變而變化，當遇到有毒物質時，熒光會減弱，是因為有毒物質能抑制發光酶的活性和發光有關的呼吸過程，甚至使發光細菌死亡[8]。因此，常用發光強度作為指標監測水質毒性。

王麗莎[9]等用發光細菌測試了X、Y兩城市經處理工藝后的再生水的生物毒性，發現兩者進水時都對發光細菌有抑制作用，二沉池出水時沒有對其有抑制作用，抑制率均為0，但是經氯消毒后，抑制率又有所上升，X較進水時抑制率升高了30%，Y較進水時抑制率升高了9%。

袁雅心[4]用青海弧菌Q67測試了三個污水處理廠的進水、二級出水及出水水體毒性的變化，結果表明，進水時青海弧菌Q67的發光率很低，水中的有毒物質抑制了它的發光。經A2O處理工藝后二級出水的毒性有所減弱，深度處理工藝均有效削減了出水對青海弧菌Q67的毒性，從去除毒性大小排序為砂濾+紫外工藝＞臭氧+紫外工藝＞潛流濕地工藝。

由此可見，二級出水經深度處理后能降低再生水對發光細菌的抑制作用，尤其是砂濾+紫外工藝去除毒性效果顯著。但是經氯消毒處理后抑制率上升，產生了消毒副產物，使毒性升高。

2.5 細胞的生物毒性監測

細胞相對于藻類、魚類的毒性測試，所需要時間更短，成本較低，靈敏度高，通過監測離體狀態下細胞的生長來評估再生水的毒性程度。細胞毒性試驗不僅能定量分析實驗結果，而且可快速篩選批量樣品，該方法應用比較廣泛[10]。

陳盈盈[11]采用人乳腺癌細胞株MCF-7的中性紅實驗對北京某城市污水處理廠的再生水進行了細胞急性毒性測試。存活的細胞能吸收中性紅染料，染料吸收的越少，存活的細胞越少，代表毒性越大。結果表明，進水時存在明顯的急性細胞毒性，細胞存活率僅35%。二沉池出水時存活率稍有增加，再經微濾、活性炭工藝處理后細胞存活率都在100%左右，細胞毒性有所減弱。

除此之外，她還用了大白鼠肝癌細胞株H4ⅡE，通過其Ah受體效應(EROD)進行生物毒性測試，比較Ah受體效應物質的去除效果。結果表明，超濾和反滲工藝組合后毒性增加，經活性炭工藝處理后，再生水的Ah受體特征物質去除效果顯著。

由此可見，再生水進水對細胞具有明顯的毒性，經深度處理后，能削弱再生水的細胞毒性，活性炭工藝去除毒性效果最佳。

3 結論

1）由上述不同生物的毒性監測研究可知:二級出水經混凝沉淀、過濾、活性炭等深度處理后，其生物毒性明顯減小。經NaClO和O3等消毒劑消毒后的再生水，其生物毒性顯著增強。后續進行紫外線組合消毒后，能一定程度降低再生水的生物毒性，但并不適用于所有的受試生物，如何消除或減少消毒劑帶來的消毒副產物，支撐再生水安全運行還有待研究。

2）污水中污染物種類繁多，生物毒性監測是保障水質安全的重要環節，而單一的受試生物不能正確評估水的生物毒性，應采用多種受試生物相結合的方法，綜合評估水生態系統的健康。目前除了發光細菌和藻類有國際標準，其他受試生物的標準還不夠完善，標準的開發研究是今后研究方向之一，以保障結果的準確性、可靠性。