造紙群尾水景觀再生利用的潛在生態風險研究(環保)

        梁英^1，2，  孫捷¹，  薛銀剛³，  魏良良⁴，  謝顯傳¹，  李愛民¹

(1．南京大學環境學院水科學研究中心，江蘇南京210023；2．南京環保產業創新中心有限公司，江蘇南京211102：3.常州市環境監測中心，江蘇常州213002；4．蘭州交通大學環境與市政工程學院，甘肅蘭州730070)

摘要：造紙廢水再生回用于河流生態景觀將對水體中的水生生物帶來潛在的安全風險。該文以斑馬魚為測試生物，分別測定某造紙群污水處理廠的進水、景觀回用再生水及受納河流水樣的急性毒性、胚胎毒性、內分泌干擾毒性、基因毒性等多種生物毒性效應，評價造紙廢水深度處理后作為河流生態景觀補給水的潛在生態風險。結果表明，造紙群污水處理廠進水與景觀回用再生水對斑馬魚的96 h急性毒性LC₅₀為0.43和0.82，對斑馬魚胚胎的致死率分別為53.1%與42.7%；它們對雄性斑馬魚體內VTGS有顯著誘導效應，對DNA有很強的氧化損傷效應。由此可見，雖然造紙廢水經深度處理后常規水質指標已達到國家景觀再生水回用標準，但是它對河流的魚類等水生生物仍具有多種生物毒性效應。因此，造紙廢水作為生態補給水再生回用到河流水體時，需合理設計深度處理工藝來有效削減或去除毒害污染物質，確保受納水體生態安全。

關鍵詞：造紙；再生水；毒性評價；生態風險；斑馬魚

中圖分類號：X793  doi：10.3969/j.issn．1003-6504.2016.0.5.021    文章編號：1003-6504(2016)05-0105-04    

2013年，我國造紙和紙制品業規模以上企業主營業務收入13 472億元，成為世界紙和紙板年產量第一大國，并仍以年均增長率10%的速度在增長。到2030年前后，紙消費量可達到2億t，我國正從造紙大國實現向造紙強國的轉變。造紙行業一直都是我國主要的耗水及廢水排放大戶，水資源已成為嚴重制約其發展的首要問題，其廢水深度處理與回用是控源減排的根本。造紙行業廢水外排水深度處理與再生回用，對于緩解區域水質污染和地區水資源壓力，確保行業可持續發展具有非常重要的現實意義。造紙行業污水處理廠按照水處理的程度，可將水處理技術劃分為一級處理、二級處理及深度處理。目前，國內廢紙制漿造紙廢水的二級處理主要以水解酸化和好氧處理技術為主。通過二級處理，廢水中有機污染物的去除率可達90%以上，但二級處理難以造紙廢水中微量有毒污染物進行有效去除，造紙廢水排放將對河流等水體環境帶來潛在環境生態風險。有研究采用測試再生水的成組生物毒性方法評價其環境生態風險，測試的水生生物主要包括魚類、大型蚤、發光菌等生物，測試的毒性類型包括急性毒性、遺傳毒性、內分泌干擾毒性，DNA氧化損傷等等。根據造紙廢水特點，本論文以斑馬魚為測試生物，分別測定某造紙群污水處理廠的進水、景觀回用再生水及受納河流水樣的急性毒性、胚胎毒性、內分泌干擾毒性、基因毒性等多種生物毒性效應，評價造紙廢水深度處理后作為河流生態景觀補給水的潛在生態風險，這對于保障受納河流水體生態系統健康有著重要意義。

1  試驗材料與方法

1.1  試驗材料

    某造紙群污水處理廠的進水是來自周邊5 km范圍內30多家造紙企業的二級生化出水，處理能力達10萬t/d。該造紙群污水處理廠采用“混凝+砂濾”組合工藝對造紙廢水進行深度處理。深度處理后的造紙廢水作為生態景觀補給水回用到污水處理廠附近的河流水體，此河流水環境功能區水質目標為Ⅳ類，天然徑流量很小，主要是由流域內工業廢水、城鎮生活污水等構成，自凈能力較小，基本無水環境容量。本研究選取造紙群污水處理廠進水（接收各家造紙廠廢水的二級出水）、深度處理后的景觀再生水和受納河流的水樣進行對比試驗分析，1d采樣3次，使用玻璃容器采集后密封低溫保存，試驗前將廢水混合均勻后取樣。

1.2  急性毒性試驗

    采用來自同一種群的青壯年斑馬魚作為試驗魚種，體長(30±5) mm，體重(0.3±0.1)g，體型大小一致。試驗前，斑馬魚在連續曝氣的稀釋水中馴養8 d，馴養時的水質條件和照明條件與試驗時的條件一致。依據《工業廢水的試驗方法魚類急性毒性試驗》(GB 21814-2008-T)、《水質物質對淡水魚（斑馬魚）急性致死毒性的測定靜態法》等標準方法，在確定的試驗條件下，運用靜水式法測定斑馬魚在不同稀釋濃度的廢（再生）水中暴露96 h后，受試魚群的死亡率。確定引起受試魚群中50%死亡的濃度，用半致死中濃度/C₅₀表示。

1.3  胚胎和卵黃囊仔魚階段短期毒性試驗

    采用15條斑馬魚(雌雄比1:2)飼養在20 L玻璃缸中，然后放人光照培養箱，溫度保持(25±1)℃、光照／黑暗周期14 h/10 h，每日喂2次冷凍搖蚊幼蟲或冷凍鹵蟲。飼養用水采用自來水經活性炭過濾并充分曝氣，pH值為8左右，培養一個月后開始收集魚卵。依據《化學品魚類胚胎和卵黃囊仔魚階段的短期毒性試驗》(GB 21807-2008),將胚胎-卵黃囊階段的魚仔在一定濃度范圍的廢水中，直至幼任-幼體的卵黃囊完全被吸收前或對照組魚因饑餓開始死亡前結束試驗，計算胚胎與仔魚的致死率或存活率。

1.4  內分泌干擾毒性試驗

    以雄性斑馬魚體內的卵黃蛋白酶原( VTGs)濃度為測試指標，表征造紙群污水處理廠的進水、再生水及受納河水對斑馬魚的內分泌干擾毒性效應。斑馬魚體內卵黃蛋白酶原采用北京林特達商貿有限公司提供ELISA試劑盒進行檢測，通過計算半乳糖苷酶活性U來評定。內分泌干擾毒性試驗的暴露條件與操作方法參照《化學品魚類延長毒性14天試驗》(GB/T21808-2008)。

1.5  遺傳毒性試驗

    本研究以以8-羥基脫氧鳥苷(8-OHdG)為標志物，表征造紙廢水對斑馬魚遺傳物質DNA的氧化損傷程度。以南京市自來水為陰性對照，綜合評價造紙群污水處理廠的進水、再生水及受納河水對斑馬魚的遺傳毒性效應。斑馬魚遺傳毒性試驗的暴露條件與操作方法參照《化學品魚類延長毒性14天試驗》(GB/T21808-2008)。

2  試驗結果與討論

2.1  常規水質指標監測

    造紙群污水處理廠的進水、景觀回用再生水及受納河流水樣的常規水質指標見表1所示。

2.2  急性毒性

    本文參考了美國工業廢水的生物毒性分級標準（表2），造紙群污水處理廠的進水、景觀回用再生水及受納河流水樣的急性毒性見表3。對比美國工業廢水的生物毒性分級標準，結果表明造紙群污水處理廠的進水對斑馬魚均為中低毒性；景觀回用再生水對斑馬魚均為低毒；受納河流水樣對斑馬魚均為微毒或無毒。根據毒性測定結果，水樣綜合毒性可定為：造紙群污水處理廠進水中毒，景觀回用再生水低毒，受納河流水樣無毒。

2.3  胚胎和卵黃囊仔魚階段短期毒性

    以斑馬魚受精卵為測試對象，分別測定造紙群污水處理廠進水與景觀回用再生水的魚類胚胎發育毒性，暴露時間為48 h，結果見表4。

    造紙群污水處理廠進水與景觀回用再生水都可造成斑馬魚胚胎與仔魚死亡，具有胚胎致死毒性，深度處理工藝對造紙廢水的胚胎發育毒性削減作用非常有限。

2.4  內分泌干擾毒性

  經21 d染毒暴露后，雄性斑馬魚體內卵黃蛋白酶原( VTGs)含量如圖1。造紙群污水處理廠進水與景觀回用再生水對雄性斑馬魚都具有一定的內分泌干擾毒性，混凝工藝對內分泌干擾毒性有一定削減作用，但無法完全去除。

2.5  遺傳毒性

  暴露在造紙群污水處理廠的進水、景觀回用再生水及受納河流水樣的斑馬魚8-羥基脫氧鳥苷(8-O-HdG)含量均遠大于陰性對照組（圖2），表明造紙群污水處理廠的進水、景觀回用再生水及受納河流水樣對斑馬魚的DNA具有一定氧化損傷效應，污水處理廠的混凝工藝對慢性毒性的削減作用不明顯。

3  結論

    (1)本論文構建了造紙群污水處理廠的進水、景觀回用再生水及受納河流水樣急性生物毒性、胚胎和卵黃囊仔魚階段短期毒性、內分泌干擾毒性、遺傳毒性等多種生物毒性的斑馬魚成組生物毒性測試模式和方法體系，為造紙廢水回用生態景觀補給水的生物毒性評價提供了方法。   

 (2)造紙行業廢水作為缺乏基流型河流的生態補給水時，需額外考慮其對水生生物的毒性風險?，F有造紙群處理工藝及混凝的深度處理工藝對處理出水的生物毒性具有一定的削減作用，但并不能完全消除。深度處理工藝的選擇和設計，直接關系到出水水質，合理設計深度處理工藝方案是造紙群廢水回用成功與否的關鍵。

    (3)雖然造紙廢水的理化指標已達標，但對水生生物仍有毒性效應。在其作為生態景觀補給水的過程中，急需有關部門組織研究討論，制定統一的生態景觀補給水的生物毒性監測指標體系，開展毒害污染物的全程控制。