再生水水质生物毒性监测研究进展

王 蕊

（河北工程大学水利水电学院，河北 邯郸 056038）

1 引言

当前水资源的过度开发，再生水回用已经成为国内外国家解决城市缺水问题、改善水生态系统的有效途径之一。所谓再生水回用，是指污水处理厂的二沉淀出水经一系列工艺处理之后再应用到农业、工业、河湖补水。再生水来源于城市污水，未被去除的污染物可能带来一定毒性，污水处理工艺中加入的化学消毒剂虽然能有效杀菌，但也会产生消毒副产物，在利用过程中带来一定的生态风险。

常规的理化方法是利用各种污染物浓度的超标率来评价水质污染情况，但对潜在的生态风险无法定量分析，因此不能全面反映水质的情况。各国研究者开始用生物毒性监测的方法，利用生物在水质污染或变化时的生态行为反映水质毒性变化，为水质监测提供科学依据，已经成为预测和保障水质安全的重要手段。

2 再生水水质生物毒性监测

2.1 鱼类的生物毒性监测

在水生生物食物链中，鱼类处于最高端，当遇到某些污染物时，其生理或器官的功能会发生相应的变化，对污染物敏感这一特征可以间接反映水的生物毒性。因此，鱼类常常被用于水质毒性监测和评价。

熊张东[1]等用斑马鱼测试了海南省某污水处理厂的沉淀池出水经 NaClO、ClO2、NH2Cl、O3等4种典型消毒剂及与紫外联合消毒处理后对鱼胚胎发育的影响。结果表明，斑马鱼胚胎在各种消毒剂消毒后的出水中，心跳变慢、出现畸形，但无死亡。ClO2消毒致畸性最弱，O3消毒使胚胎心跳降低最明显，NaClO和NH2Cl消毒对胚胎也有一定影响。根据斑马鱼胚胎心率的大小，毒性从大到小依次为:O3＞NaClO＞NH2Cl＞ClO2。当与紫外联合消毒后，其危害指数均比其单独消毒有所降低，特别是NaClO与紫外组合消毒后，毒性降低显著。NH2Cl、O3与紫外线组合消毒后，毒性有所降低但不明显，ClO2与紫外线组合消毒后与单一用ClO2消毒相同，没有明显差别。

闫志明[2]等用青鳉鱼测试了7个城市污水处理厂二沉淀出水的生物毒性，结果表明这7个城市污水处理厂的再生水均不利于青鳉鱼胚胎的发育，其中3个二沉淀出水中毒性很大，青鳉鱼胚胎死亡率都是100%。出水后对其进行投加硝化菌及曝气脱氨氮的处理，胚胎死亡率有所降低。再生水只经臭氧氧化处理后，鱼胚胎逐渐开始死亡，幼鱼出现畸形，总致死率增加。“臭氧+生物滤池”再生水处理工艺能显著降低对青鳉鱼的毒性，胚胎死亡率减少，未看到畸形的幼鱼。

由此可见，O3和NaClO等氧化剂用于二沉淀出水消毒时，会产生消毒副产物，对鱼具有一定毒性，尤其是经O3消毒后对鱼的毒性最大。当氧化剂与紫外线组合消毒后，能一定程度削减毒性。

2.2 蚤类的生物毒性监测

水蚤是生活在淡水中的一种体型很小的浮游动物，以细菌、酵母菌、藻类及动植物的残片为食，培育方便，分布范围广，对有毒物质敏感，是国际公认的毒性标准受试生物，常用死亡率或抑制率作为指标测试水质毒性程度。

刘家飞[3]等用大型蚤对某城市5个污水处理厂的再生水原水（二级出水后未经处理）和其中A、B污水处理厂的再生水经各个单元处理工艺后的出水进行毒性测试。研究发现，再生水原水对大型蚤有很强的抑制作用，抑制率高达100%。A厂的“混凝沉淀+膜过滤+氯消毒”和B厂的“膜生物反应器+臭氧氧化+生物活性炭”再生水处理工艺，均降低了对大型蚤的毒性，但氯消毒和臭氧氧化工艺单元处理使再生水的毒性明显增加。

袁雅心[4]对用大型蚤测试了石家庄市三个城市污水处理厂的进水、二级出水、出水的生物毒性，比较不同处理工艺后再生水的毒性。其中大型蚤的活动抑制率与水样浓度有关，即大型蚤受到的活动抑制作用，随测试水样浓度的减小而减弱。再生水深度处理工艺均有效削减了对大型蚤的毒性，从去除效果排序为潜流湿地＞“砂滤+紫外”＞“臭氧+紫外”。

由此可见，再生水经氯消毒和臭氧氧化工艺处理后，对大型蚤有很强的抑制作用，显著增加了再生水对大型蚤的毒性，潜流湿地工艺能有效削减毒性。

2.3 藻类的生物毒性监测

藻类能适应各种环境，繁殖能力强，对毒物也比较敏感，可以直接观察细胞水平上的中毒症状[5]，通常用生长抑制作为指标用于毒性监测。目前用于实验的藻类有普通小球藻，羊角月牙藻，斜生栅藻，盐藻等藻种。

孙青[6]用斜生栅藻作为受试生物测试了三个污水处理厂再生水的毒性，结果表明再生水经NaClO消毒后对斜生栅藻的细胞膜具有明显破坏作用，抑制了藻的活性，对斜生栅藻的毒性显著增强。

武毛妮[7]以微藻抑制率为指标，通过观察微藻细胞个数测试了再生水的生物毒性，发现在进水、好氧池与MBR（膜生物反应器）出水中，微藻的毒性逐渐降低，尤其好氧池阶段去除毒性效果显著。

由此可见，经NaClO消毒工艺处理后的再生水对藻的细胞膜有破坏作用，显然增加了再生水毒性，而好氧池能削减对其毒性。

2.4 发光细菌的生物毒性监测

发光细菌的荧光会随着周围环境的改变而变化，当遇到有毒物质时，荧光会减弱，是因为有毒物质能抑制发光酶的活性和发光有关的呼吸过程，甚至使发光细菌死亡[8]。因此，常用发光强度作为指标监测水质毒性。

王丽莎[9]等用发光细菌测试了X、Y两城市经处理工艺后的再生水的生物毒性，发现两者进水时都对发光细菌有抑制作用，二沉池出水时没有对其有抑制作用，抑制率均为0，但是经氯消毒后，抑制率又有所上升，X较进水时抑制率升高了30%，Y较进水时抑制率升高了9%。

袁雅心[4]用青海弧菌Q67测试了三个污水处理厂的进水、二级出水及出水水体毒性的变化，结果表明，进水时青海弧菌Q67的发光率很低，水中的有毒物质抑制了它的发光。经A2O处理工艺后二级出水的毒性有所减弱，深度处理工艺均有效削减了出水对青海弧菌Q67的毒性，从去除毒性大小排序为砂滤+紫外工艺＞臭氧+紫外工艺＞潜流湿地工艺。

由此可见，二级出水经深度处理后能降低再生水对发光细菌的抑制作用，尤其是砂滤+紫外工艺去除毒性效果显著。但是经氯消毒处理后抑制率上升，产生了消毒副产物，使毒性升高。

2.5 细胞的生物毒性监测

细胞相对于藻类、鱼类的毒性测试，所需要时间更短，成本较低，灵敏度高，通过监测离体状态下细胞的生长来评估再生水的毒性程度。细胞毒性试验不仅能定量分析实验结果，而且可快速筛选批量样品，该方法应用比较广泛[10]。

陈盈盈[11]采用人乳腺癌细胞株MCF-7的中性红实验对北京某城市污水处理厂的再生水进行了细胞急性毒性测试。存活的细胞能吸收中性红染料，染料吸收的越少，存活的细胞越少，代表毒性越大。结果表明，进水时存在明显的急性细胞毒性，细胞存活率仅35%。二沉池出水时存活率稍有增加，再经微滤、活性炭工艺处理后细胞存活率都在100%左右，细胞毒性有所减弱。

除此之外，她还用了大白鼠肝癌细胞株H4ⅡE，通过其Ah受体效应(EROD)进行生物毒性测试，比较Ah受体效应物质的去除效果。结果表明，超滤和反渗工艺组合后毒性增加，经活性炭工艺处理后，再生水的Ah受体特征物质去除效果显著。

由此可见，再生水进水对细胞具有明显的毒性，经深度处理后，能削弱再生水的细胞毒性，活性炭工艺去除毒性效果最佳。

3 结论

1）由上述不同生物的毒性监测研究可知:二级出水经混凝沉淀、过滤、活性炭等深度处理后，其生物毒性明显减小。经NaClO和O3等消毒剂消毒后的再生水，其生物毒性显著增强。后续进行紫外线组合消毒后，能一定程度降低再生水的生物毒性，但并不适用于所有的受试生物，如何消除或减少消毒剂带来的消毒副产物，支撑再生水安全运行还有待研究。

2）污水中污染物种类繁多，生物毒性监测是保障水质安全的重要环节，而单一的受试生物不能正确评估水的生物毒性，应采用多种受试生物相结合的方法，综合评估水生态系统的健康。目前除了发光细菌和藻类有国际标准，其他受试生物的标准还不够完善，标准的开发研究是今后研究方向之一，以保障结果的准确性、可靠性。