城鎮污水處理廠排水對大型溞早期發育階段的毒性效應

譚杰峰，陳山多，王依釩，侯麗萍

（廣州大學生命科學學院，廣東 廣州 510006）

隨著人類社會工業化、城鎮化的快速發展，各類生活污水、工業廢水成為了水生生態環境中的主要污染源。目前，國內外大部分城鎮污水處理廠基本都是通過化學成分分析（如：COD、BOD、氮磷、常見重金屬等），根據其濃度水平及貢獻量來對水質狀況進行描述[1]。然而城鎮污水廠的污水來源及組分十分復雜，且對于微塑料、IMO 危險品、激素類等新型有機污染物[2-3]的處理效果并不理想，而這些污染物在較低濃度時就能對水生生物個體及種群產生一定的損害作用。例如，朱瑩等[2]等發現，微塑料會造成浮游動物、魚類等生物進食器官的堵塞，從而導致受傷或死亡；合成孕激素能導致魚類卵巢發育不成熟、雌魚雄性化等，使魚類種群的性別比例失衡，減少種群數量[4]， 而且，盡管經過城鎮污水處理廠處理后，仍會對試驗生物產生致畸致死的效應。于彩虹等[5]將日本青鳉胚胎及幼魚暴露于污水處理廠出水發現胚胎孵化率明顯降低以及魚苗的致死效應顯著提高；徐曉平等[6]發現市政污水經污水處理廠不同的處理單元處理后，仍對大型溞有明顯的致死作用。因此，只涉及常規理化指標的監測并不能全面反映出城鎮污水處理廠排水的綜合毒性大小，采用活體動物進行排水毒性測試來檢驗水質是十分必要的。

大型溞（Daphnia magna）由于其分布廣泛、生理 學背景豐富、在產溞階段對水環境中污染物敏感，被世界許多國家組織應用為受試生物[7-12]。筆者采用大型溞進行暴露試驗，測試了廣州、東莞的12 家污水處理廠排水的急性、慢性毒性效應，以此作為污水排放的另一種指標。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與儀器、試劑

分別從12 家城鎮污水處理廠的最終排水管中采水樣，并將其運至實驗室后保存于4℃以下的冰箱中，采集及運輸過程確保水樣不受污染。

試驗儀器：10 mL 燒杯、溫度計、500 mL 燒杯、100 mL 燒杯、1 000 mL 量筒、100 mL 量筒、10 mL 量筒、移液槍、塑料吸管、生物顯微鏡（BK5000，重慶奧特光學儀器有限責任公司）、多參數測定儀（H1-SensionTM156，北京中西遠大科技有限公司）。

主要試劑：綠藻、大型溞培養液母液、次甲基藍（分析純）、曝氣24 h 自來水。

1.2 大型溞的培養

大型溞（Daphnia magnaStraus）是實驗室培養的穩定1～3 代大型溞成體。挑選成熟、健康的大型溞，單獨放置于有培養液的10 mL 小燒杯中進行培養，每天更換80%培養液并喂食一次，溫度26℃，光暗比為12 h ∶12 h，挑選新孵化的健康幼溞用于試驗。

1.3 大型溞的急性毒性測試

根據GB/T 13266—91 水質物質對溞類急性毒性測定方法，對大型溞進行48 h 的急性毒性暴露試驗，參試大型溞為孵化24 h 內的幼溞。每個燒杯加入10 mL 測試液，一只幼溞，設置3 個濃度梯度（100%、10%、1%），共8 個平行，試驗期間不喂食，暴露12 h 和48 h 均要更新80%測試液并記錄大型溞的死亡、受抑制情況。空白對照組采用曝氣24 h 的自來水。

1.4 大型溞的慢性毒性測試

大型溞14 d 的慢性毒性測試采用半靜態方法，暴露后每隔24 h 更換試驗溶液的80%并喂食綠藻。每個燒杯中放入10 mL 測試液，一只幼溞。根據急性試驗的結果來確定慢性試驗的梯度，其中7 號、11 號、12 號水樣的測試結果，表現出一定的急性毒性效應，因此7 號、11 號、12 號將采用10%、1%、0.1%的濃度梯度，其他水樣則采用100%、50%、10%、1%的濃度梯度，每個梯度8 個平行。記錄并統計大型溞的頭胎產溞時間、頭胎產溞個數及每胎平均產溞數。

1.5 毒性測試方法質量控制

毒性測試要求對照組的幼溞死亡率不能高于10%，試驗過程中水的pH 值變動范圍低于0.2，溫度變 化不能超過1℃，試驗結束溶解氧需不低于2 mg/L。

1.6 數據統計方法

試驗數據采用SPSS V17.0 軟件進行統計分析，P＜0.05 為差異顯著[3]。

2 結果與分析

由表1 可知，隨著水樣濃度升高，致死效應增高。7 號、11 號、12 號水樣100%梯度的死亡率高達40%、60%、60%，呈現高致死效應，11 號和12 號水樣在10%梯度的死亡率分別30%和60%，且12 號水樣1%梯度也出現30%的死亡率，7 號、11 號、12 號水樣里存在較多的有毒致死物質，因此重新確定7 號、11 號、12 號的大型溞慢性毒性試驗的梯度為10%、1%、0.1%；其他水樣的大型溞死亡率均＜10%，則采用100%、50%、10%、1%的濃度梯度進行慢性毒性測試。

表1 城鎮污水處理廠排水對大型溞的急性毒性

慢性毒性試驗結果（表2）顯示，各組水樣的頭胎產溞時間均比空白對照延遲，僅有5 號、6 號、8 號、9 號、10 號水樣所有的濃度梯度沒有出現顯著性差異，其余水樣中的一個或多個濃度梯度出現了顯著性差異（P ＜0.05）。而在頭胎產溞數以及每胎平均產溞數方面，12 個試驗組的結果均顯示有不同程度的顯著性差異，其中2 號、12 號水樣的頭胎產溞數量以及1 號、7 號水樣的每胎平均產溞數的所有濃度梯度均出現顯著性差異。1 號水樣的頭胎產溞時間與每胎平均產溞數所有的濃度梯度都呈現顯著性差異，100%和50%梯度試驗組的頭胎產溞數量更是高達10 個以上，與對照組產生顯著性差異。而2 號水樣除了1%梯度試驗組的頭胎產溞時間以及每胎平均產溞數未顯示顯著性差異以外，其他試驗組均出現顯著性差異。綜上所述，1 號和2 號水樣對大型溞繁殖產生了較強的促進效應；3 號水樣的1%梯度試驗組的結果顯示，無論是產溞時間或是頭胎產溞數量均存在顯著性差異（產溞時間9 d 以上，頭胎產溞數量僅3 個左右），對大型溞繁殖行為產生較強的抑制效應，表現出較大的毒性效應；5 號、6 號、8 號、9 號、10 號水樣頭胎產溞時間與對照組均無顯著性差異，5 號、7 號水樣所有濃度梯度都出現抑制產溞數量現象且十分明顯，呈現較大的毒性效應；6 號、8 號水樣試驗組顯示產溞數量略低于對照組，表現較小的慢性毒性效應；而9 號、10 號水樣試驗組則與6、8 號水樣結果剛好相反，試驗組產溞數量明顯高于對照組，說明水樣中存在刺激大型溞產溞行為的物質；11 號、12 號在10%濃度下，大型溞全部死亡，無產溞，其1%濃度的結果與對照相比為顯著降低，其水樣存在某些對大型溞毒性比較大的物質，并且對其產溞有較強的抑制作用，對大型溞的繁殖表現出較大的毒性效應。

3 結論與討論

試驗結果表明，12 個污水處理廠排水對大型溞繁殖行為均產生了一定的影響，呈現出一定的毒性效應。1 號、2 號、9 號、10 號水樣存在著能夠刺激大型溞產溞的物質，3 號、4 號、5 號、6 號、7 號、8 號、11 號、12 號水樣存在著能夠抑制大型溞產溞的物質，同時，11 號、12 號水樣10%濃度梯度下的受試大型溞全部死亡，證明水樣中還存在著對大型溞有毒性的物質。這說明經過污水處理設施處理后的出水，盡管各項指標均達到排放標準的要求，但是仍然會對水生生物產生毒性效應，如致死、影響繁殖等，進而對水中生物的種群繁衍生存造成威脅。這也從側面反映了目前單純以物理化學指標作為排放檢測標準的局限性，不能全面地保護水生生態系統，而生物毒性測試應該更深入更廣泛地應用于污水排放標準的制定，以建立更加完善的水環境保護機制。

表2 城鎮污水處理廠排水對大型溞的慢性毒性