论文部分内容阅读
针对反渗透浓缩液(ROC)臭氧化水质安全性评价这一亟待完善的问题,以工业园区污水处理厂污水回用系统中产生的ROC为研究对象,以臭氧化为处理方法,通过XAD-8树脂分别将臭氧化前后ROC中有机物按亲疏水性和酸碱性分离成疏水性酸性物质(HOA)、疏水性碱性物质(HOB)、疏水性中性物质(HON)和亲水性物质(HI),研究臭氧化对ROC组分理化性质和生物毒性的影响,旨在通过理化分析和包含成组生物毒性及发育毒性在内的生物毒性评价相结合的方法系统地评估ROC臭氧化的水质安全性,鉴别关键致毒组分,同时建立化学指标与生物毒性之间的联系,为臭氧化处理对ROC毒性降解效果的评估和关键致毒组分的鉴别提供新思路。通过TOC和UV254两个指标以及高效液相-尺寸排阻色谱(HPLC-SEC)、激发-发射三维荧光光谱(3D-EEM)和傅立叶红外光谱(FT-IR)等表征手段分析臭氧化处理对ROC组分有机物的降解效果、分子量分布(MWD)、荧光响应特征以及官能团等的影响,评估ROC组分臭氧化的基本水质。结果显示,ROC组分有机物浓度顺序是HI>HOA>HON>HOB,臭氧化处理能显著降解HOA、HON和HI中有机物,尤其是富含不饱和碳键的有机物,而HOB中有机物无显著变化,HI在ROC中所占比例增大。ROC组分在MWD、荧光响应特征和官能团方面具有差异,臭氧化能将ROC组分中有机物由高分子量降解为低分子量,而HI中低分子量酸及中性的类蛋白质物质较难被臭氧降解。HOB中羧基振动和amide-1的C=O伸缩振动等减弱,amide-2的N-H弯曲振动、C-N伸缩振动等增强,并且出现了-COOH的C=O伸缩振动,氨基酸被氧化成苯胺和乙酸衍生物等消毒副产物(DBPs)。通过不同营养级的成组生物毒性实验,如发光菌急性毒性实验、纤细裸藻毒性实验和细胞毒性实验评估臭氧化对ROC及其四种组分的毒性降解效果,鉴别关键致毒组分,并结合基本水质评估建立化学指标和生物毒性之间的联系。结果显示,臭氧化能有效降低ROC的生物毒性,然而未能有效降低HOB和HI的生物毒性,甚至增大了 HOB的发光菌急性毒性以及HOB和HI的细胞毒性。此外,HOA和HON的化学指标与生物毒性之间具有良好的相关性,相关系数分别大于0.915和0.886,然而HOB和HI的化学指标与生物毒性之间的相关性较差,相关系数最低分别为0.230和0.060。通过对斑马鱼胚胎死亡率、孵化率、心率、心胞面积、体长、畸形率和酶活性等个体水平的测定鉴别臭氧化前后ROC及其四种组分的斑马鱼胚胎发育毒性特征并评估臭氧化对发育毒性的影响,继而通过测定臭氧化前后各组分对斑马鱼胚胎心脏发育、骨骼发育和酶活性等相关基因的mRNA表达水平的影响探究引起斑马鱼胚胎发育毒性特征的分子机制。结果显示,臭氧化后ROC组的斑马鱼胚胎死亡率和畸形率降低,心率和胚胎孵化率增大,且心胞面积减小、体长增长至与空白对照组无显著差异。此外,HOB组和HI组的斑马鱼胚胎心胞囊肿比例增大,而HOA组和HON组反之,与心脏发育相关的amhc基因的表达水平也有类似的变化。ROC组分协同影响斑马鱼胚胎的骨骼发育,影响顺序是HI>HOA>HOB>HON。臭氧化后ROC组分的斑马鱼胚胎体长均无显著变化,HOA组的脊柱畸形率增大,HON组反之,与骨骼发育相关的bmp4基因的表达水平也有相似的变化。臭氧化减小了 ROC对斑马鱼胚胎造成的氧化损伤,氧化应激毒性降低,对sod1和cat基因表达的作用由抑制转为促进,SOD活力和CAT活力降低。臭氧化能显著降解ROC中有机物,将其由高分子量降解为低分子量,HI中类蛋白质物质较难被臭氧降解,HOB中氨基酸被氧化成苯胺和乙酸衍生物等有毒物质。臭氧化减小了 ROC的生物毒性和对斑马鱼胚胎造成的氧化损伤,斑马鱼胚胎发育特征与相关基因的mRNA表达水平有关。臭氧化未能有效减小HOB和HI的生物毒性,且二者的化学指标与生物毒性之间的相关性较差,需特别关注。ROC组分分析能够为臭氧化效果提供更多信息,理化分析或基于某一物种的毒性评价不能完全表明ROC臭氧化的环境风险,因此理化分析与生物毒性评价相结合以评估ROC组分臭氧化水质安全性很有必要。