污_废水的水质安全性评价与管理

在日常生活和工业生产中经常使用的化学物质也多达 * + , 万 种
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， 而且还在继续增加， 这使得环境中积累的化学物质也越
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来越多。据报道， 垃圾填埋场渗滤液中检测出的化学物质就多 达 #&* 种
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。在自来水中，检测出的化学物质也多达 #%% 种
。 可以预测环境中积累的化学物质对人类健康和生态系统的 为减轻化学物质对生态环境的影响和人类健康的危害， 世
环境保护 !""!・##
环境评价
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微生物毒性试验， 一般可分为细菌发光检测； 细菌生长抑 制、 呼吸代谢速率 !" #
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是生态系统的基本功能。因此， 废水中有毒有害污染物的生态 （ （ 安全性 （ 毒性 ） 评价应包括： 对生物的影响， 即生物毒性； #） N） 对物质循环能力 2 包括碳、氮循环等 6 的影响，即生态功能效 应。目前国内外对生物毒性的研究主要集中在生物毒性评价， 生态功能效应的研究处于刚刚起步阶段。另外， 由于没有简便 可靠的微生物群体结构评价方法， 生物毒性评价一直停留在生 物个体或种群的水平， 有毒有害污染物对微生物群体结构影响 评价方面的研究一直没有大的进展。因此， 建立有毒有害污染 物生态功能效应和微生物群体结构影响评价方法是今后的重 要研究课题。 在建立废水生态毒性评价方法的基础上， 系统地研究废水 水质与生物毒性和生态功能效应之间的关系， 建立废水生态毒 性预测模型， 并结合废水生态毒性的可处理性研究， 定量评价 废水的环境风险。 这些研究对制定水环境污染防止政策和废水 生态毒性控制标准以及研究开发新的废水生物毒性去除技术 和工艺等都有重大的意义。 利用生物毒性检测技术能非常方便地测定单一化学物质 或废水的生物毒性， 尤其是微生物毒性检测技术， 因其快速、 灵 敏、 廉价等特点而受到越来越多的重视。但是生物毒性检测技 术的不足之处亦非常明显： 它很难识别引起毒性的确切的化学 物质， 在实际应用中难以对重点污染物进行控制。污染物的化 学分析主要是通过化学或仪器手段测定废水中引起污染的化 学物质， 目前在化学分析上已达到痕量的程度， 因而可以对废 水中已知的污染物加以优先控制。 但是化学分析技术不适用于 未知化学物质的控制， 也不能反映化学物质间的相互作用。生 物毒性检测技术和化学分析技术在化学物质管理、 水质安全评 ， 只有把两者有机地结合起来， 才能满足 价上各有特点 （ 表 #） 水质安全保障和水生生态保护的需要。
或菌落数检测等。
硝化细菌测试法 硝化细菌为专性化能自养细菌， 它包括氨氧化菌和亚硝酸
氧化菌两个亚群。硝化过程由两个连续而又不同的阶段组成， 第一阶段， 由氨氧化菌将氨氧化为亚硝酸， 第二个阶段， 由亚硝 酸氧化菌将亚硝酸氧化为硝酸。 硝化细菌通常生活在土壤和底 泥中， 在自然界的氮循环中起着决定性作用。鉴于硝化细菌对 多种有毒化学物质比较敏感， 通过测定化学物质对硝化细菌的 硝化作用强度的影响可以很好地表明化学物质毒性的大小和 对自然界中氮循环功能的影响程度。 使用这种方法检测污染物 的毒性具有简便、 敏感、 快速、 廉价和定量等特性。 !" ! 发光细菌测试法 发光细菌是一类能发荧光的细菌， 当这类细菌接触到有毒 物质时， 发光细菌的呼吸或生理过程由于受到损害， 发光就会 受到抑制， 其抑制的程度与所接触的化学物质的种类、 浓度有 关。由于发光细菌具有良好的剂量—响应关系， 通过仪器检测 出细菌发光强度的变化就可以反映出化学物质的毒性作用强 度。常用的发光菌有 &’()(*+,)-./01 2 3/*./( 4/5’-./ 6 ， &’()(*+,7 经基因修饰的发光工程 )-./01 &’(58’(./01 与 9-*-,:-+ ’+.;-</。 菌 => ?(@/ A?B?$#CD 也成功地用于杀虫剂残留物的检测。
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， 这种增加单一物质控制指标的
（ ： 单一指标一般是依据化学物质对人 #）
（ 类的健康影响来制定的， 未考虑对生态系统的影响； 化学物 &） 质的毒性数据不足， 在很多情况下从浓度无法判断其毒性的大 （ 小； 对毒性数据不足， 或其毒性没有被认识到的化学物质不 $） （ （ 可能进行控制； 不利于发现新的毒性； 不能反映化学物 ’） "） （ 质之间的联合作用 （ 协同、 相加、 拮抗等作用 ） ； 随着新的有 *） 毒有害化学物质的出现， 单一指标将越来越多， 由于新的有毒 有害化学物质在环境中的浓度非常低， 这会大大增加分析技术 （ 的难度和分析费用； 单一指标的建立往往滞后； 4） 另外， 可以说， 所有化学物质都是有毒的， 在一定的条件下 都会产生这样那样的毒性 (’ ) 。废水中存在的多种污染物， 可能引 起各种各样的综合污染和复合毒性。 因此， 为了保护水生生态和 保证人类的可持续生存， 转变固有的水环境保护观念， 在控制废
关键词
水质安全
生物毒性
废水毒性控制 水中污染物浓度的同时注重毒性管理和水生生态保护，即对水 质安全和水生生态进行综合的管理和保护是很有必要的。
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水质安全性评价的必要性
随着人类活动范围的扩展、强度的增加与形式的多样化，
生产制造和使用的化学物质的种类也日趋增加。据统计， 过去 化学文摘 》 上的化学物质， 平均每年以 #$% 万种的 " 年登录在 《 速度增加， 截止 &%%% 年 " 月登录总数已达 &’%% 万种之多 。
危害也将日益加重。 界各国都制定了各种各样的制度
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， 它包括事前管理 （ 即化学
物质生产、 流通、 使用之前的管理 ） 和事后管理 （ 主要是指环境 标准和污染物排放标准 ） 。 这些管理制度在控制环境污染、 保护 自然生态和人类健康方面起到了重大作用。 现行的水质环境标准和废水排放指标可分为综合指标 （ 比 营养盐综合指标 12、 和单一指标。 单一指 如 -./、 0./、 13 等 ） 标是根据有毒有害化学物质对环境的污染状况和其毒性来制 定的。 环境中积累的物质逐渐增多使得水质环境标准中单一物 质的控制指标也逐年增加 方法存在许多不足
表 # 化学分析技术与生物毒性检测技术的比较 比较项目 原理 化学分析技术 利用化学物质的物理化 学特性，对单一化合物 进行分离、 定性、 定量 特 定化 学物 质的 管 理、 水质评价 差 差 易 中 参考文献 # R050/ B> S).+)-T/-5 4(. 1+F+T-1-F) (4 U+)-. -F;/.(F1-F)5 /F A(.)’ V1-./,+> W(0.F+@ (4 W+8+F S(,/-)< (F E+)-. =F;/.(F1-F)X NKKKX NO （ ： Y） OCQ ! OCC N Z.+F( R> S)+)- (4 )’- +.) +FJ 40)0./5)/, 1-)’(J 4(. ./5: 1+F+T-1-F) (4 ,’-1/,+@5> IF[ W+8+F S(,/-)< (F E+)-. =F;/.(F1-F) -J> &.(,--J/FT5 (4 )’- C)’ W+8+F ! R(.-+F S<18(5/01 (F E+)-. =F;/.(F1-F)> B(<7 (’+5’/X NKKKX $N ! $Y O \F( ] +FJ ]+1+J+ ^> _/5: -;+@0+)/(F (4 8-.5/57 生物毒性检测技术 利用化合物的生物效应 对其毒性进行综合评价 毒性综合管理、水质安 全评价 好 好 难 低 !高
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环境评价
污 ! 废水的水质安全性评价与管理
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胡洪营
摘 要
魏东斌
董春宏 ! 清华大学环境科学与工程系" 北京 #$$$%& ’
本文阐述了废水安全性评价的必要性， 总结了生物毒性检测技术的特点及其在水质安全评价中的应用， 指出只有将 生物毒性检测技术尤其是微生物检测技术与化学分析技术相结合， 发挥二者的优势， 才能满足保证水质安全和保护 水生生态的需要。
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生物毒性检测技术
生物检测 （ 技术在水质安全评价和水生生态保护 5678998:）
中将起到重大的作用。它不仅可以核定未知化学物质的影响， 也可以反映化学物质间的相互作用和化学物质的生物可利用 性， 生物毒性检测技术可用于寻求某种化学物质或工业废水对 水生生物的安全浓度， 为制定合理的水质标准和废水排放标准 提供科学依据， 也可用于测试水体的污染程度， 检查废水处理 的有效程度， 比较不同化学物质的毒性高低 ( , ) 。 水生生物依据营养结构的不同可以分为生产者 （ 主要是水 生植物 ） ，消费者 （ 主要是水生动物 ） 和分解者 （ 主要是微生 物） 。废水中的化学物质进入水体后直接或间接地作用于这些 生物， 对它们的个体或群体以至于整个生态系统的结构和功能 都会有不同程度的影响， 只有通过这些生物的毒性实验才能评 价化学物质的毒性大小以及对生态功能影响的强弱。 根据测试时所使用的生物的种类， 生物检测方法可分为水 生植物测试法、 水生动物测试法、 原生 （ 低等后生动物 ） 测试法、 软体动物测试法、 鱼类测试法和微生物测试法等。水生动植物 毒性试验尽管具有直观性， 但试验时间长， 不能满足快速检测 的需要。发展快速、 简便、 灵敏和低廉的微生物检测技术， 确定 优先检测的重点无疑具有重要的意义。 与动植物毒性试验相比 （ 微生物在自然界的物质 较， 微生物毒性试验具有以下特点： #） 循环中起着非常重要的作用。 从微生物毒性的大小可望预测化 （ 学物质对生态系的物质循环功能的影响。 微生物结构简单， &） 生长速度快， 对化学物质反映灵敏， 其毒性试验费用较低廉， 能 满足对大量化学物质进行简便快速筛选的需要。 （ 化学物质 $） 污染多属慢性生物效应， 其毒理作用十分复杂， 对人体的危害 短期内不易发现， 往往被忽视。而微生物毒性试验能快速检测 （ 出化学物质的综合遗传毒性。 有毒化学物质接触微生物后， ’） 可造成微生物细胞蛋白质变性、 遗传物质破坏或者细胞破裂甚 至导致胞内物质泄漏， 从而对微生物造成危害。用适当的指标 把这些危害效应反映出来， 就可以对化学物质的毒性程度和浓 度大小做出评价。 ! !" !
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生物毒性检测技术在水质安全评价中的应用
生物毒性检测技术在水质安全评价中的应用包括两方面，
一是对化学物质的生物毒性进行评价， 二是对废水进行评价与 控制。 通过前者的测定可以得到单一化学物质对不同生物的毒 性大小；后者可以得到废水综合毒性 （ E’(@- =44@0-F) B(G/,/)<， ， 再通过分析方法对化学物质进行分级 （ 和 E=B） H.+,)/(F+)/(F） ， 从废水中 毒性识别评价 （ B(G/,/)< IJ-F)/4/,+)/(F =;+@0+)/(F， BI=） 众多的污染物中筛选出需要优先控制的有毒化学物质。 由于废 水的来源不同， 废水中所含有毒有害化学物质的种类亦千差万 别， 以废水中某种主要化学物质的毒性来控制整个废水毒性的 进行检测。 排放是不够的， 而应对废水综合毒性 （ E=B） 毒性识别评价方法 （ BI=）最初出现于美国 $K 年代未发表 的环保局档案中， 其目的就是采用物理、 化学分级方法从废水 中分离出各种化学物质 2 群 6 ， 根据这些化学物质 2 群 6 的毒性大 小确定废水毒性的主要来源。后来 E+@5’， 以 L+.F+5， M+F:4(.J， 及 L+5/)’ 等人对该方法进行了进一步的改进。 该方法包括以下 （ 步骤， 即： 收集已有的分析与毒性数据。 通过重复试验、 敏感 #） （ 对废水的成分 生物识别等来检验所获得的数据的可靠性； N） （ （ 进行详细评价； 废水综合毒性的测试； 废水中污染物的 O） P） （ 分级和有毒有害化学物质 2 群 6 的分析识别； 对引起毒性的 Q） 化学物质 2 群 6 进行确认。