城镇污水处理厂排水对大型溞早期发育阶段的毒性效应

谭杰峰，陈山多，王依钒，侯丽萍

（广州大学生命科学学院，广东 广州 510006）

随着人类社会工业化、城镇化的快速发展，各类生活污水、工业废水成为了水生生态环境中的主要污染源。目前，国内外大部分城镇污水处理厂基本都是通过化学成分分析（如：COD、BOD、氮磷、常见重金属等），根据其浓度水平及贡献量来对水质状况进行描述[1]。然而城镇污水厂的污水来源及组分十分复杂，且对于微塑料、IMO 危险品、激素类等新型有机污染物[2-3]的处理效果并不理想，而这些污染物在较低浓度时就能对水生生物个体及种群产生一定的损害作用。例如，朱莹等[2]等发现，微塑料会造成浮游动物、鱼类等生物进食器官的堵塞，从而导致受伤或死亡；合成孕激素能导致鱼类卵巢发育不成熟、雌鱼雄性化等，使鱼类种群的性别比例失衡，减少种群数量[4]， 而且，尽管经过城镇污水处理厂处理后，仍会对试验生物产生致畸致死的效应。于彩虹等[5]将日本青鳉胚胎及幼鱼暴露于污水处理厂出水发现胚胎孵化率明显降低以及鱼苗的致死效应显著提高；徐晓平等[6]发现市政污水经污水处理厂不同的处理单元处理后，仍对大型溞有明显的致死作用。因此，只涉及常规理化指标的监测并不能全面反映出城镇污水处理厂排水的综合毒性大小，采用活体动物进行排水毒性测试来检验水质是十分必要的。

大型溞（Daphnia magna）由于其分布广泛、生理 学背景丰富、在产溞阶段对水环境中污染物敏感，被世界许多国家组织应用为受试生物[7-12]。笔者采用大型溞进行暴露试验，测试了广州、东莞的12 家污水处理厂排水的急性、慢性毒性效应，以此作为污水排放的另一种指标。

1 材料与方法

1.1 样品采集与仪器、试剂

分别从12 家城镇污水处理厂的最终排水管中采水样，并将其运至实验室后保存于4℃以下的冰箱中，采集及运输过程确保水样不受污染。

试验仪器：10 mL 烧杯、温度计、500 mL 烧杯、100 mL 烧杯、1 000 mL 量筒、100 mL 量筒、10 mL 量筒、移液枪、塑料吸管、生物显微镜（BK5000，重庆奥特光学仪器有限责任公司）、多参数测定仪（H1-SensionTM156，北京中西远大科技有限公司）。

主要试剂：绿藻、大型溞培养液母液、次甲基蓝（分析纯）、曝气24 h 自来水。

1.2 大型溞的培养

大型溞（Daphnia magnaStraus）是实验室培养的稳定1～3 代大型溞成体。挑选成熟、健康的大型溞，单独放置于有培养液的10 mL 小烧杯中进行培养，每天更换80%培养液并喂食一次，温度26℃，光暗比为12 h ∶12 h，挑选新孵化的健康幼溞用于试验。

1.3 大型溞的急性毒性测试

根据GB/T 13266—91 水质物质对溞类急性毒性测定方法，对大型溞进行48 h 的急性毒性暴露试验，参试大型溞为孵化24 h 内的幼溞。每个烧杯加入10 mL 测试液，一只幼溞，设置3 个浓度梯度（100%、10%、1%），共8 个平行，试验期间不喂食，暴露12 h 和48 h 均要更新80%测试液并记录大型溞的死亡、受抑制情况。空白对照组采用曝气24 h 的自来水。

1.4 大型溞的慢性毒性测试

大型溞14 d 的慢性毒性测试采用半静态方法，暴露后每隔24 h 更换试验溶液的80%并喂食绿藻。每个烧杯中放入10 mL 测试液，一只幼溞。根据急性试验的结果来确定慢性试验的梯度，其中7 号、11 号、12 号水样的测试结果，表现出一定的急性毒性效应，因此7 号、11 号、12 号将采用10%、1%、0.1%的浓度梯度，其他水样则采用100%、50%、10%、1%的浓度梯度，每个梯度8 个平行。记录并统计大型溞的头胎产溞时间、头胎产溞个数及每胎平均产溞数。

1.5 毒性测试方法质量控制

毒性测试要求对照组的幼溞死亡率不能高于10%，试验过程中水的pH 值变动范围低于0.2，温度变 化不能超过1℃，试验结束溶解氧需不低于2 mg/L。

1.6 数据统计方法

试验数据采用SPSS V17.0 软件进行统计分析，P＜0.05 为差异显著[3]。

2 结果与分析

由表1 可知，随着水样浓度升高，致死效应增高。7 号、11 号、12 号水样100%梯度的死亡率高达40%、60%、60%，呈现高致死效应，11 号和12 号水样在10%梯度的死亡率分别30%和60%，且12 号水样1%梯度也出现30%的死亡率，7 号、11 号、12 号水样里存在较多的有毒致死物质，因此重新确定7 号、11 号、12 号的大型溞慢性毒性试验的梯度为10%、1%、0.1%；其他水样的大型溞死亡率均＜10%，则采用100%、50%、10%、1%的浓度梯度进行慢性毒性测试。

表1 城镇污水处理厂排水对大型溞的急性毒性

慢性毒性试验结果（表2）显示，各组水样的头胎产溞时间均比空白对照延迟，仅有5 号、6 号、8 号、9 号、10 号水样所有的浓度梯度没有出现显著性差异，其余水样中的一个或多个浓度梯度出现了显著性差异（P ＜0.05）。而在头胎产溞数以及每胎平均产溞数方面，12 个试验组的结果均显示有不同程度的显著性差异，其中2 号、12 号水样的头胎产溞数量以及1 号、7 号水样的每胎平均产溞数的所有浓度梯度均出现显著性差异。1 号水样的头胎产溞时间与每胎平均产溞数所有的浓度梯度都呈现显著性差异，100%和50%梯度试验组的头胎产溞数量更是高达10 个以上，与对照组产生显著性差异。而2 号水样除了1%梯度试验组的头胎产溞时间以及每胎平均产溞数未显示显著性差异以外，其他试验组均出现显著性差异。综上所述，1 号和2 号水样对大型溞繁殖产生了较强的促进效应；3 号水样的1%梯度试验组的结果显示，无论是产溞时间或是头胎产溞数量均存在显著性差异（产溞时间9 d 以上，头胎产溞数量仅3 个左右），对大型溞繁殖行为产生较强的抑制效应，表现出较大的毒性效应；5 号、6 号、8 号、9 号、10 号水样头胎产溞时间与对照组均无显著性差异，5 号、7 号水样所有浓度梯度都出现抑制产溞数量现象且十分明显，呈现较大的毒性效应；6 号、8 号水样试验组显示产溞数量略低于对照组，表现较小的慢性毒性效应；而9 号、10 号水样试验组则与6、8 号水样结果刚好相反，试验组产溞数量明显高于对照组，说明水样中存在刺激大型溞产溞行为的物质；11 号、12 号在10%浓度下，大型溞全部死亡，无产溞，其1%浓度的结果与对照相比为显著降低，其水样存在某些对大型溞毒性比较大的物质，并且对其产溞有较强的抑制作用，对大型溞的繁殖表现出较大的毒性效应。

3 结论与讨论

试验结果表明，12 个污水处理厂排水对大型溞繁殖行为均产生了一定的影响，呈现出一定的毒性效应。1 号、2 号、9 号、10 号水样存在着能够刺激大型溞产溞的物质，3 号、4 号、5 号、6 号、7 号、8 号、11 号、12 号水样存在着能够抑制大型溞产溞的物质，同时，11 号、12 号水样10%浓度梯度下的受试大型溞全部死亡，证明水样中还存在着对大型溞有毒性的物质。这说明经过污水处理设施处理后的出水，尽管各项指标均达到排放标准的要求，但是仍然会对水生生物产生毒性效应，如致死、影响繁殖等，进而对水中生物的种群繁衍生存造成威胁。这也从侧面反映了目前单纯以物理化学指标作为排放检测标准的局限性，不能全面地保护水生生态系统，而生物毒性测试应该更深入更广泛地应用于污水排放标准的制定，以建立更加完善的水环境保护机制。

表2 城镇污水处理厂排水对大型溞的慢性毒性