行業(yè)廢水對蛋白核小球藻的綜合毒性效應(yīng)

賴永豐 陳洪偉 曾燕艷

(東莞理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東東莞 523808)

工業(yè)廢水中含有許多有毒有害污染物，各污染物毒性效應(yīng)差別大，單一的生物化學(xué)指標(biāo)不能反映化學(xué)物質(zhì)之間的協(xié)同、疊加和拮抗等聯(lián)合作用。生物綜合毒性評價技術(shù)是指通過評價污染物對生物的影響以評價其毒性的方法。在國內(nèi)也有不少學(xué)者利用生物毒性測試技術(shù)來檢測水質(zhì)的綜合毒性。周作明等［1］選擇蛋白核小球藻為試驗藻種，采用急性毒性試驗考察皮革廢水經(jīng)微電解-SBR工藝處理后的綜合毒性變化情況。倪瀟瀟等［2］采用生物毒性對造紙廢水的潛在慢性毒性進(jìn)行評價。石瑛等［3］利用1，4-二氯苯對蛋白核小球藻的生長狀況、蛋白質(zhì)含量、葉綠素含量等評價1，4－二氯苯對海洋微藻的毒性效應(yīng)及其毒性機(jī)理。姜斌等［4］利用發(fā)光細(xì)菌對三種行業(yè)廢水進(jìn)行綜合毒性強(qiáng)度評價，得到毒性強(qiáng)度的初步排序。本文主要研究蛋白核小球藻對某些具有達(dá)標(biāo)性的工業(yè)廢水的毒性效應(yīng)，反映東莞市工業(yè)廢水水質(zhì)情況。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗藻種取自中國淡水藻種庫的蛋白核小球藻 (chlorella pyrenoidosa，藻種編號:FACHB－415)。蛋白核小球藻屬于綠藻門綠藻綱綠球藻目小球藻科小球藻屬，單細(xì)胞藻類，呈圓球形，壁薄，色素體杯狀，幾乎充滿整個細(xì)胞，有1個很明顯的蛋白核。直徑為3～5 μm，生殖個體有時可達(dá)23 μm。蛋白核小球藻分布于含有機(jī)物質(zhì)豐富的小型水體中，在水洼、池塘及淺水湖灣中較為常見，但有時亦發(fā)現(xiàn)在水邊潮濕的土壤中。

選擇東莞市具有代表性的電子及半導(dǎo)體元器件、油漆油墨、皮革加工等企業(yè)的廢水作為研究對象。

1.2 實驗方法

1.2.1 培養(yǎng)條件

將藻種在本實驗室條件下進(jìn)行馴化，初期采取低光照培養(yǎng)，逐步提高光照強(qiáng)度。蛋白核小球藻選用SE培養(yǎng)基 (SE Medium)。培養(yǎng)條件為:溫度:25℃;光照強(qiáng)度:2000 lux，光暗比為12 h∶12 h，pH范圍約6～8，必要時可以用NaOH和HCl調(diào)節(jié)pH。每天隨機(jī)搖晃3次，保證藻類在液體培養(yǎng)基內(nèi)均勻分布。

實驗用器皿和配制的培養(yǎng)基約經(jīng)20 min，121℃的高壓蒸汽滅菌后方可使用。培養(yǎng)基配置見表1。

表1 培養(yǎng)基配置

1.2.2 藻類抑制實驗

取三個250 mL的三角瓶，分別加入100 mL不同濃度的水樣 (廢水體積濃度分別為6.25%、12.5%、25%、50% 和100%)，再向每個三角瓶中加入適量體積的藻液。將其放入培養(yǎng)箱中，溫度維持在25±2℃，用白熾燈進(jìn)行連續(xù)光照，每天搖晃3次，隨機(jī)調(diào)換瓶子的位置，四天為一個周期 (蛋白核小球藻不需要振蕩培養(yǎng))。每個濃度做三組平行實驗。

對照組瓶中不加入受試水樣，而添加適量的培養(yǎng)基。

1.2.3 細(xì)胞密度的測定

分別在24 h、48 h、96 h進(jìn)行計數(shù)。根據(jù)藻密度計算工業(yè)廢水的相對抑制率:

其中，N—實驗組的藻密度;N0—對照組的藻密度。

2 結(jié)果和討論

2.1 不同行業(yè)廢水基本水質(zhì)狀況

本次研究采集不同企業(yè)的廢水進(jìn)行檢測，檢測方法參照《水與廢水水質(zhì)監(jiān)測分析方法第四版》，重金屬采用火焰原子吸收法進(jìn)行檢測。其檢測結(jié)果詳見表2。

表2 不同行業(yè)廢水水質(zhì)情況 mg·L－1(除pH外)

2.2 不同行業(yè)廢水對蛋白核小球藻生長的影響

圖1 某油漆企業(yè)廢水對蛋白核小球藻生長的影響

圖2 某皮革加工企業(yè)廢水對蛋白核小球藻生長的影響

圖3 某電子元器件及半導(dǎo)體企業(yè)廢水對蛋白核小球藻生長的影響

本次研究選取了某油漆企業(yè)、皮革加工企業(yè)和電子元器件和半導(dǎo)體加工企業(yè)的廢水作為研究對象，選取5個不同濃度的水樣進(jìn)行測試，蛋白核小球藻的生長曲線詳見圖1、圖2和圖3。行業(yè)廢水對蛋白核小球藻的生長具有明顯的抑制作用，且隨著濃度的升高，抑制作用加強(qiáng)。由圖可知，油漆油墨企業(yè)受試水體中藻類細(xì)胞的在4 d內(nèi)基本不變，表明該企業(yè)廢水的水質(zhì)對藻類生長有抑制作用，使藻類的生長處于穩(wěn)定期或死亡數(shù)目接近于生長數(shù)目;皮革加工企業(yè)廢水的污染物含量對于蛋白核小球藻的生長抑制作用不強(qiáng)，藻類細(xì)胞有較為明顯的生長緩期和對數(shù)生長期;電子元器件及半導(dǎo)體企業(yè)的廢水污染物程度高，當(dāng)廢水含量為6.25%時，小球藻的生長曲線已成為與X軸接近平行的直線，隨著其含量的升高，小球藻的生長緩期逐漸延長，其藻類生長的滯緩期與對數(shù)生長期的區(qū)別基本消失。

將藻類生長情況與該企業(yè)廢水水質(zhì)進(jìn)行比較，行業(yè)廢水中含有適合藻類生長的少量的營養(yǎng)物質(zhì)，但是過高的磷酸鹽 (油漆油墨行業(yè))對水體造成污染，反而抑制藻類的生長;皮革加工企業(yè)含有價高的COD，對藻類的生長造成一定程度的影響，當(dāng)廢水含量達(dá)到25%時，藻類細(xì)胞密度為對照組的50%，即可認(rèn)為改水體的EC50為25%;電子元器件及半導(dǎo)體企業(yè)的水質(zhì)呈酸性，不適合藻類的生長，所以藻類從第1天開始就呈現(xiàn)衰亡趨勢，而且，該水體的重金屬Cu超標(biāo)，加快了藻類的衰亡速率。

2.3 各行業(yè)廢水對蛋白核小球藻生長的相對抑制率

圖4 某油漆企業(yè)廢水對蛋白核小球藻生長相對抑制率

圖5 某皮革加工企業(yè)廢水對蛋白核小球藻生長相對抑制率

圖6 某電子元器件及半導(dǎo)體企業(yè)廢水對蛋白核小球藻生長相對抑制率

不同行業(yè)的廢水對蛋白核小球藻生長的相對抑制率見圖4～6。由圖4和圖5可見，隨著廢水含量的增加，藻細(xì)胞生長的相對抑制率基本呈逐漸增大的趨勢，表現(xiàn)出劑量－效應(yīng)關(guān)系。圖6中藻類生長情況在5個濃度下基本不變，廢水含量低時對藻類的生長抑制作用顯著，水質(zhì)問題突出，細(xì)胞生長的相對抑制率隨著藻類培養(yǎng)時間的延長而逐漸增大，表現(xiàn)出時間－效應(yīng)關(guān)系。

根據(jù)不同樣品不同濃度小球藻的生長曲線可以知道，各個企業(yè)的不同濃度水樣均對小球藻有一定的抑制效果，不考慮水質(zhì)中單個污染物的影響因素，雖然個別水樣出現(xiàn)小球藻數(shù)量發(fā)生反彈，但總體對藻類抑制明顯，并以電子元器件與半導(dǎo)體加工企業(yè)最為顯著。同時，藻類的抑制作用于水樣的濃度程正比關(guān)系，有一定的線性。由每天的比生長率和抑制率可以看出，小球藻的數(shù)量在第一個24 h中均出現(xiàn)負(fù)增長，之后的時間段里大部分保持一定的負(fù)增長在漸漸低減少，也又少部分水樣出現(xiàn)藻類數(shù)量增加的現(xiàn)象，從抑制率分析，絕大部分水樣中小球藻受到了抑制，程度有所不同，電子元器件與半導(dǎo)體加工企業(yè)出現(xiàn)了零小球藻的情況。

3 結(jié)論

實驗結(jié)果表明，蛋白核小球藻這項生物毒性指標(biāo)應(yīng)用于工業(yè)廢水的水質(zhì)評價具有快速、簡便的優(yōu)點(diǎn)，解決了單一理化指標(biāo)難以評價復(fù)雜水質(zhì)毒性的問題。三種行業(yè)廢水的毒性表現(xiàn)特點(diǎn)都是隨著廢水含量的變化而呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)毒性效應(yīng)，即廢水中的污染物濃度越大，其毒性越高。三個行業(yè)的毒性大小為電子元器件及半導(dǎo)體加工企業(yè)＞皮革加工企業(yè)＞油漆企業(yè)。表明，東莞市內(nèi)主要對東江水產(chǎn)生污染的企業(yè)是電子元器件與半導(dǎo)體加工企業(yè)，電子行業(yè)在東莞市發(fā)展迅速，具有強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)市場，與此同時也對東莞的河流、運(yùn)河以及空氣造成不同程度的污染，政府應(yīng)該加強(qiáng)對企業(yè)的排污狀況的檢查力度，各企業(yè)應(yīng)該把好自己的關(guān)，不斷完善和改進(jìn)生產(chǎn)工藝以及廢水處理工藝，使廢水達(dá)標(biāo)排放，減緩對東莞市河流環(huán)境的污染。

［1］周作明，李艷，董梅霞.皮革廢水經(jīng)微電解-SBR處理后的綜合毒性變化［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2009，3(11):1985－1988.

［2］倪瀟瀟，王子健.造紙廠廢水的生物毒性測試［J］.中國造紙，2006，25(12):27－29.

［3］石瑛，杜青平，謝樹蓮.1，4－二氯苯對蛋白核小球藻的毒性效應(yīng)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2007，20(3):133－135.

［4］姜斌，張滌非.不同行業(yè)工業(yè)廢水生物毒性強(qiáng)度研究［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2003，29(3):21－23.