【摘要】：環(huán)境水樣的生物毒性檢測已經(jīng)成為常規(guī)水環(huán)境監(jiān)測的重要補充，它能反映污染物對生物、環(huán)境以及人體的綜合毒性效應(yīng)。但是，與其它化學(xué)和儀器分析技術(shù)相比，生物毒性檢測還是相對較新的技術(shù)，尚處于發(fā)展和不斷完善的階段。采用生命周期較長的受試生物進行毒性檢測的專業(yè)性較強，很難在一般的實驗室內(nèi)完成，與此相比，基于發(fā)光細菌的生物毒性檢測具有分析周期短、操作簡單易行等優(yōu)點而被廣泛采用。在用于測試的發(fā)光細菌中，起源于我國的青海弧菌（Vibrioqinghaiensis sp. Q67，簡稱“Q67”）是一種淡水發(fā)光細菌，可在不調(diào)整樣品鹽分的條件下進行生物毒性檢測，具有廣闊的應(yīng)用前景。與其它發(fā)光細菌一樣，Q67生物毒性檢測對于低濃度樣品的檢測靈敏度有限，且易受共存無機離子的干擾。為了擴大Q67生物毒性檢測的應(yīng)用范圍，提高檢測的靈敏度，本論文從環(huán)境水樣的預(yù)處理到Q67檢測方法的優(yōu)化開展了一系列研究，并應(yīng)用所建立的方法研究了典型污廢水的生物毒性成因。 本論文是國家自然科學(xué)基金重點項目的部分研究內(nèi)容。針對有機污染物的生物毒性檢測，建立了固相萃取（SPE）和Q67急性生物毒性檢測聯(lián)用技術(shù)；針對有機污染物和無機污染物生物毒性的同時檢測，以及無機鹽刺激發(fā)光干擾的排除，建立了反滲透（RO）和Q67慢性毒性檢測聯(lián)用技術(shù)；運用SPE-Q67和RO-Q67檢測方法，分析測試了多種環(huán)境樣品的生物毒性，證明了方法的適用性，并針對城市生活污水和污染物構(gòu)成不同的幾種典型工業(yè)廢水，結(jié)合化學(xué)分析和Q67毒性檢測，研究了污廢水的生物毒性成因。論文的主要工作和成果如下： （1）針對以有機物為主要污染物的低毒性環(huán)境樣品，建立了SPE-Q67急性生物毒性檢測聯(lián)用方法。通過固相萃取條件的優(yōu)化，實現(xiàn)了樣品中有機毒性物質(zhì)的富集和濃縮；通過起始發(fā)光值、加菌量、暴露時間、pH值等參數(shù)對發(fā)光細菌檢測的影響分析，確定了Q67急性毒性微孔板檢測的標(biāo)準(zhǔn)條件為：起始菌懸液發(fā)光值控制在3×106~4×106RLU；加菌量和待測樣品體積均為100μL；暴露時間為15min；測試溶液pH值在5~10之間。實驗結(jié)果表明，本研究建立的SPE-Q67急性生物毒性檢測法對試樣的有機毒性檢測具有較高的靈敏度和良好的重現(xiàn)性。 （2）針對無機污染物的生物毒性不可忽視的環(huán)境樣品，建立了RO-Q67慢性毒性檢測聯(lián)用方法。以總有機碳（TOC）和電導(dǎo)率作為試樣濃縮過程中有機物和無機離子富集的判別指標(biāo)，確立了RO樣品濃縮的操作方法，實現(xiàn)了有機污染物和無機污染物的同時有效濃縮；通過延長Q67暴露時間的連續(xù)實驗，考察了Q67接種后的生長規(guī)律及對試樣中富集的營養(yǎng)物質(zhì)的利用情況，確定了暴露10h為評價試樣的綜合毒性，且有效排除無機鹽干擾的適宜條件。實驗結(jié)果表明，本研究建立的RO-Q67慢性毒性檢測法對試樣有機和無機毒性的綜合檢測具有較高的靈敏度和良好的重現(xiàn)性，擴展了Q67生物毒性檢測的應(yīng)用范圍。 （3）將建立的兩種Q67生物毒性檢測法應(yīng)用于城市污水處理過程的生物毒性削減功效的評價。SPE-Q67急性生物毒性檢測結(jié)果表明，在以活性污泥法二級處理工藝為主的城市污水處理中，有機物導(dǎo)致的急性毒性指數(shù)（TII50）值由進水的50.51%可降低到二級出水的1.38%，表明隨著有機污染物的生化降解，其急性毒性得到有效抑制；但二級處理水加氯消毒后，出水的TII50值略有上升，表明氯和二級處理水中殘余的腐殖酸類微生物產(chǎn)物反應(yīng)生成的消毒副產(chǎn)物具有急性毒性；二級處理水經(jīng)活性炭吸附后，有機污染物濃度進一步降低，水的急性毒性也得到進一步消減。RO-Q67慢性毒性檢測結(jié)果表明，在活性污泥法二級處理中，，無機物和有機物共同導(dǎo)致的慢性生物毒性指數(shù)TII50值由進水的47.62%降低到二級出水的6.21%，慢性毒性的消減幅度略低于急性毒性，表明常規(guī)二級生物處理尚不能高效去除生物毒性效應(yīng)緩慢的物質(zhì)。 （4）通過有機物分餾對城市生活污水中不同組分有機物的生物毒性進行了評價。采用SPE進行有機物萃取，通過不同極性的有機溶劑洗脫提取極性、弱極性和非極性有機物并進行Q67急性毒性檢測。結(jié)果表明，極性和弱極性有機物是生活污水急性毒性的主要來源，并且單位質(zhì)量的有機物中弱極性組分對急性毒性的貢獻最大。采用三種樹脂對污水中的有機物進行分餾，獲得按親疏水性和酸堿中性劃分的6種有機物組分并進行慢性生物毒性檢測。結(jié)果表明，原污水和二級處理水中的有機物含量均以親水中性和疏水酸性物質(zhì)為主，但對原污水而言，疏水中性有機物對慢性毒性的貢獻最大，而對二級處理水而言，殘余的慢性生物毒性是由親水中性有機物引起的。 （5）將化學(xué)分析與Q67生物毒性檢測相結(jié)合，針對從不同工業(yè)企業(yè)（焦化、電鍍、印染、采氣、采油）采集的重金屬、有機物含量各不相同的工業(yè)廢水進行毒性評價，探討了廢水的生物毒性成因。以廢水中普遍存在的Cu，Hg，Cr，Zn，Cd，Pb等重金屬離子為對象進行急性毒性分析，確定了表征每種重金屬離子急性毒性的有效濃度EC50,metal；以廢水中普遍存在的6種有機物為對象進行急性毒性分析，確定了表征每種有機物急性毒性的有效濃度EC50,TO（C以TOC濃度為指標(biāo)）；對各種廢水樣品進行梯度稀釋后進行急性毒性分析，確定了表征每種廢水急性毒性的有效濃度EC50,%（以稀釋百分比為指標(biāo)）�；谶@些有效濃度指標(biāo)進行對比分析，結(jié)果表明：EC50,%可以作為比較不同廢水急性毒性的宏觀指標(biāo)，即EC50,%值越小，急性毒性越強；將對應(yīng)于EC50,%的稀釋條件下的廢水TOC濃度與各種有機物（尤其是高毒性有機物）的EC50,TOC值進行比較，從數(shù)值的接近程度可判斷有機物對該廢水生態(tài)毒性的貢獻；將對應(yīng)于EC50,%的稀釋條件下的廢水中存在重金屬種類和相應(yīng)的濃度與各種重金屬離子的EC50,metal值進行比較，從數(shù)值的接近程度可判斷重金屬對該廢水急性毒性的貢獻。通過上述分析比較，結(jié)合Q67慢性毒性分析，可綜合評價廢水的生物毒性及其成因，為基于生物毒性控制的污廢水處理方法選擇提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：X832

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅麗;康得軍;王曉昌;;城市污水處理中典型重金屬離子去除與遷移規(guī)律研究[J];安全與環(huán)境學(xué)報;2010年01期

2 周軍;方少明;張宏忠;陳紹偉;;反滲透膜在水處理中的研究進展[J];過濾與分離;2006年02期

3 鄭敬民,趙曙霞,朱文杰,楊篤才,景奉香;環(huán)境因子對青海弧菌生長和發(fā)光的影響[J];華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1999年01期

4 V.Reginatto;E.R.Amante;K.Gerhardy;S.Kunst;N.Duran;;Biodegradation and ecotoxicological assessment of pectin production wastewater[J];Journal of Environmental Sciences;2009年11期

5 張瑾;劉樹深;竇容妮;劉海玲;李曉磊;;30種離子液體對青�；【鶴67的毒性效應(yīng)[J];環(huán)境科學(xué);2011年04期

6 塔春紅;王麗莎;胡洪營;張彤;藤江幸一;;二氧化氯消毒前后污水毒性的變化及消毒條件的影響[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2007年01期

7 劉國光 ,王莉霞 ,徐海娟 ,鄭立慶;水生生物毒性試驗研究進展[J];環(huán)境與健康雜志;2004年06期

8 ;Cytotoxicity and genotoxicity evaluation of urban surface waters using freshwater luminescent bacteria Vibrio-qinghaiensis sp.-Q67 and Vicia faba root tip[J];Journal of Environmental Sciences;2012年10期

9 Qingliang Zhao;Huiyuan Zhong;Kun Wang;Liangliang Wei;Jinli Liu;Yu Liu;;Removal and transformation of organic matters in domestic wastewater during lab-scale chemically enhanced primary treatment and a trickling filter treatment[J];Journal of Environmental Sciences;2013年01期

10 夏鐵騎;常慧萍;;發(fā)光細菌Lux基因系統(tǒng)的遺傳學(xué)研究及應(yīng)用[J];濮陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2008年04期

本文編號：2643395