行业废水对蛋白核小球藻的综合毒性效应

赖永丰 陈洪伟 曾燕艳

(东莞理工学院 化学与环境工程学院，广东东莞 523808)

工业废水中含有许多有毒有害污染物，各污染物毒性效应差别大，单一的生物化学指标不能反映化学物质之间的协同、叠加和拮抗等联合作用。生物综合毒性评价技术是指通过评价污染物对生物的影响以评价其毒性的方法。在国内也有不少学者利用生物毒性测试技术来检测水质的综合毒性。周作明等［1］选择蛋白核小球藻为试验藻种，采用急性毒性试验考察皮革废水经微电解-SBR工艺处理后的综合毒性变化情况。倪潇潇等［2］采用生物毒性对造纸废水的潜在慢性毒性进行评价。石瑛等［3］利用1，4-二氯苯对蛋白核小球藻的生长状况、蛋白质含量、叶绿素含量等评价1，4－二氯苯对海洋微藻的毒性效应及其毒性机理。姜斌等［4］利用发光细菌对三种行业废水进行综合毒性强度评价，得到毒性强度的初步排序。本文主要研究蛋白核小球藻对某些具有达标性的工业废水的毒性效应，反映东莞市工业废水水质情况。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验藻种取自中国淡水藻种库的蛋白核小球藻 (chlorella pyrenoidosa，藻种编号:FACHB－415)。蛋白核小球藻属于绿藻门绿藻纲绿球藻目小球藻科小球藻属，单细胞藻类，呈圆球形，壁薄，色素体杯状，几乎充满整个细胞，有1个很明显的蛋白核。直径为3～5 μm，生殖个体有时可达23 μm。蛋白核小球藻分布于含有机物质丰富的小型水体中，在水洼、池塘及浅水湖湾中较为常见，但有时亦发现在水边潮湿的土壤中。

选择东莞市具有代表性的电子及半导体元器件、油漆油墨、皮革加工等企业的废水作为研究对象。

1.2 实验方法

1.2.1 培养条件

将藻种在本实验室条件下进行驯化，初期采取低光照培养，逐步提高光照强度。蛋白核小球藻选用SE培养基 (SE Medium)。培养条件为:温度:25℃;光照强度:2000 lux，光暗比为12 h∶12 h，pH范围约6～8，必要时可以用NaOH和HCl调节pH。每天随机摇晃3次，保证藻类在液体培养基内均匀分布。

实验用器皿和配制的培养基约经20 min，121℃的高压蒸汽灭菌后方可使用。培养基配置见表1。

表1 培养基配置

1.2.2 藻类抑制实验

取三个250 mL的三角瓶，分别加入100 mL不同浓度的水样 (废水体积浓度分别为6.25%、12.5%、25%、50% 和100%)，再向每个三角瓶中加入适量体积的藻液。将其放入培养箱中，温度维持在25±2℃，用白炽灯进行连续光照，每天摇晃3次，随机调换瓶子的位置，四天为一个周期 (蛋白核小球藻不需要振荡培养)。每个浓度做三组平行实验。

对照组瓶中不加入受试水样，而添加适量的培养基。

1.2.3 细胞密度的测定

分别在24 h、48 h、96 h进行计数。根据藻密度计算工业废水的相对抑制率:

其中，N—实验组的藻密度;N0—对照组的藻密度。

2 结果和讨论

2.1 不同行业废水基本水质状况

本次研究采集不同企业的废水进行检测，检测方法参照《水与废水水质监测分析方法第四版》，重金属采用火焰原子吸收法进行检测。其检测结果详见表2。

表2 不同行业废水水质情况 mg·L－1(除pH外)

2.2 不同行业废水对蛋白核小球藻生长的影响

图1 某油漆企业废水对蛋白核小球藻生长的影响

图2 某皮革加工企业废水对蛋白核小球藻生长的影响

图3 某电子元器件及半导体企业废水对蛋白核小球藻生长的影响

本次研究选取了某油漆企业、皮革加工企业和电子元器件和半导体加工企业的废水作为研究对象，选取5个不同浓度的水样进行测试，蛋白核小球藻的生长曲线详见图1、图2和图3。行业废水对蛋白核小球藻的生长具有明显的抑制作用，且随着浓度的升高，抑制作用加强。由图可知，油漆油墨企业受试水体中藻类细胞的在4 d内基本不变，表明该企业废水的水质对藻类生长有抑制作用，使藻类的生长处于稳定期或死亡数目接近于生长数目;皮革加工企业废水的污染物含量对于蛋白核小球藻的生长抑制作用不强，藻类细胞有较为明显的生长缓期和对数生长期;电子元器件及半导体企业的废水污染物程度高，当废水含量为6.25%时，小球藻的生长曲线已成为与X轴接近平行的直线，随着其含量的升高，小球藻的生长缓期逐渐延长，其藻类生长的滞缓期与对数生长期的区别基本消失。

将藻类生长情况与该企业废水水质进行比较，行业废水中含有适合藻类生长的少量的营养物质，但是过高的磷酸盐 (油漆油墨行业)对水体造成污染，反而抑制藻类的生长;皮革加工企业含有价高的COD，对藻类的生长造成一定程度的影响，当废水含量达到25%时，藻类细胞密度为对照组的50%，即可认为改水体的EC50为25%;电子元器件及半导体企业的水质呈酸性，不适合藻类的生长，所以藻类从第1天开始就呈现衰亡趋势，而且，该水体的重金属Cu超标，加快了藻类的衰亡速率。

2.3 各行业废水对蛋白核小球藻生长的相对抑制率

图4 某油漆企业废水对蛋白核小球藻生长相对抑制率

图5 某皮革加工企业废水对蛋白核小球藻生长相对抑制率

图6 某电子元器件及半导体企业废水对蛋白核小球藻生长相对抑制率

不同行业的废水对蛋白核小球藻生长的相对抑制率见图4～6。由图4和图5可见，随着废水含量的增加，藻细胞生长的相对抑制率基本呈逐渐增大的趋势，表现出剂量－效应关系。图6中藻类生长情况在5个浓度下基本不变，废水含量低时对藻类的生长抑制作用显著，水质问题突出，细胞生长的相对抑制率随着藻类培养时间的延长而逐渐增大，表现出时间－效应关系。

根据不同样品不同浓度小球藻的生长曲线可以知道，各个企业的不同浓度水样均对小球藻有一定的抑制效果，不考虑水质中单个污染物的影响因素，虽然个别水样出现小球藻数量发生反弹，但总体对藻类抑制明显，并以电子元器件与半导体加工企业最为显著。同时，藻类的抑制作用于水样的浓度程正比关系，有一定的线性。由每天的比生长率和抑制率可以看出，小球藻的数量在第一个24 h中均出现负增长，之后的时间段里大部分保持一定的负增长在渐渐低减少，也又少部分水样出现藻类数量增加的现象，从抑制率分析，绝大部分水样中小球藻受到了抑制，程度有所不同，电子元器件与半导体加工企业出现了零小球藻的情况。

3 结论

实验结果表明，蛋白核小球藻这项生物毒性指标应用于工业废水的水质评价具有快速、简便的优点，解决了单一理化指标难以评价复杂水质毒性的问题。三种行业废水的毒性表现特点都是随着废水含量的变化而呈现出明显的正相关毒性效应，即废水中的污染物浓度越大，其毒性越高。三个行业的毒性大小为电子元器件及半导体加工企业＞皮革加工企业＞油漆企业。表明，东莞市内主要对东江水产生污染的企业是电子元器件与半导体加工企业，电子行业在东莞市发展迅速，具有强大的经济市场，与此同时也对东莞的河流、运河以及空气造成不同程度的污染，政府应该加强对企业的排污状况的检查力度，各企业应该把好自己的关，不断完善和改进生产工艺以及废水处理工艺，使废水达标排放，减缓对东莞市河流环境的污染。

［1］周作明，李艳，董梅霞.皮革废水经微电解-SBR处理后的综合毒性变化［J］.环境工程学报，2009，3(11):1985－1988.

［2］倪潇潇，王子健.造纸厂废水的生物毒性测试［J］.中国造纸，2006，25(12):27－29.

［3］石瑛，杜青平，谢树莲.1，4－二氯苯对蛋白核小球藻的毒性效应［J］.环境科学研究，2007，20(3):133－135.

［4］姜斌，张涤非.不同行业工业废水生物毒性强度研究［J］.环境保护科学，2003，29(3):21－23.