工业水处理, 2019, 39(5): 9-15 doi: 10.11894/iwt.2018-0512

专论与综述

垃圾渗滤液生物毒性检测技术的应用与展望

何祥,1, 李晓彤2, 傅金祥,1, 高阳3, 李晓溪1, 徐坤1

Application and outlook of biotoxicity detection technique for landfill leachate

He Xiang,1, Li Xiaotong2, Fu Jinxiang,1, Gao Yang3, Li Xiaoxi1, Xu Kun1

通讯作者: 傅金祥。E-mail:15942344040@163.com

收稿日期: 2019-03-5  

基金资助: 国家水体污染控制与治理科技重大专项.  2015ZX07202-012

Received: 2019-03-5  

Fund supported: 国家水体污染控制与治理科技重大专项.  2015ZX07202-012

作者简介 About authors

何祥(1989-),博士E-mail:syjzhexiang@163.com , E-mail:syjzhexiang@163.com

摘要

垃圾渗滤液对周边地表水、地下水及土壤会产生较大的环境隐患。渗滤液排放标准中主要考察COD、BOD5、重金属等理化指标。但通过经济高效的生物毒性检测技术更能体现出渗滤液对环境的威胁程度。目前渗滤液生物毒性检测技术种类繁多,但缺乏系统的总结与对比。介绍了不同营养级生物作为垃圾渗滤液生物毒性检测受试生物的应用情况,分析了不同生物毒性检测技术的利弊,展望了垃圾渗滤液生物毒性检测技术的发展方向。

关键词: 垃圾渗滤液 ; 生物毒性 ; 营养级 ; 毒性分级

Abstract

Landfill leachate brings about comparatively big environmental hidden dangers to peripheral surface water, underground water and soil. The physicochemical indexes of landfill leachate discharge standard, such as COD, BOD5, heavy metal, etc. have been investigated mainly. However, the economic and efficient biotoxicity detection techniques can better assess the threat level of landfill leachate to the environment. Nowadays, there are a great variety of biotoxicity detection techniques for landfill leachate, but there are not sufficient summary and comparison. The application situation of different kinds of organisms at trophic level as subject organisms of landfill leachate biotoxicity detection techniques is introduced, the pros and cons of the techniques analyzed, and the development direction of the techniques predicted.

Keywords: landfill leachate ; biotoxicity ; trophic level ; toxicity grading

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本文引用格式

何祥, 李晓彤, 傅金祥, 高阳, 李晓溪, 徐坤. 垃圾渗滤液生物毒性检测技术的应用与展望. 工业水处理[J], 2019, 39(5): 9-15 doi:10.11894/iwt.2018-0512

He Xiang. Application and outlook of biotoxicity detection technique for landfill leachate. Industrial Water Treatment[J], 2019, 39(5): 9-15 doi:10.11894/iwt.2018-0512

城镇化进程的加快虽然有效改善了城镇居民的生活水平,但随之产生的环境问题却不容忽视。大量的城市生产、生活垃圾亟需得到有效处理。卫生填埋作为最经济有效的垃圾处理方式,占据了垃圾总产量70%以上的处理份额。但由雨水淋滤和垃圾自带水产生的垃圾渗滤液又成为了地表水及地下水的新型污染源。垃圾渗滤液水质复杂,其中含有大量的溶解性有机物、异型生物质有机物、氮类污染物、无机盐及重金属等污染物1

目前,大多数国家对垃圾渗滤液制定了相应的排放标准,规定了出水中有机物、氨氮、总氮、总磷、重金属等污染物的排放限值。但理化指标只能反应水质的瞬时浓度,不能反应污染物暴露或排入环境中可能产生的综合效应和长期影响。相较而言,生物毒性指标能体现渗滤液产生的环境影响状况,更能有效说明其对生物可能产生的影响2-3。生物毒性不仅可以检测单一污染物的毒性效应,也可以检测多种污染物的协同或拮抗作用。因此,选取适当的生物体来检测垃圾渗滤液毒性效应是十分重要的。

目前,用来检测垃圾渗滤液、垃圾渗滤液膜处理浓缩液及处理后出水的生物体主要包括细胞体、哺乳动物、鱼类、植物、无脊椎动物、藻类、细菌等。有些研究者还研究了垃圾渗滤液理化指标与生物毒性之间的相关性。本研究旨在总结目前不同营养级生物体在垃圾渗滤液毒性检测中的应用情况,对比各类受试生物的优劣势,同时分析了垃圾渗滤液生物毒性检测的发展趋势。

1 垃圾渗滤液的水质特征

垃圾渗滤液是一种水质复杂、污染物浓度高、水质变化幅度大的高浓度有机废水。随着垃圾填埋场服务年限的增长,垃圾渗滤液表现出不同的水质特征。

渗滤液按填埋年限通常划分成三类:初期渗滤液(填埋年限< 5 a)、中期渗滤液(填埋年限为5~10 a)、晚期渗滤液(填埋年限>10 a)1。一般认为,因填埋初期垃圾中的可降解有机物含量较高,分解速率快,堆体内处于酸化阶段。因此,初期渗滤液中COD浓度较高,但氨氮含量较低,挥发性脂肪酸含量较高,pH也相对较低,重金属含量相对较高。

中晚期垃圾渗滤液中COD和初期渗滤液相比急剧下降,且有机物主要以腐殖质类物质为主,因此可生化性较差,同时氨氮含量急剧升高。垃圾腐熟后对重金属的吸附作用明显增强,且厌氧阶段大量的硫酸盐还原菌产生的硫化物会与重金属形成沉淀,因此晚期渗滤液中重金属含量大幅降低4

有研究表明,渗滤液中氨氮及碱度会对生物体产生较强的毒性。高浓度的氨氮会抑制水生植物体内酶的合成,而水体中的非离子氨容易透入细胞膜进入水生动物体内,引起体内组织缺氧等中毒症状5。也有研究表明,渗滤液中富含的苯类、环烷类、氯苯、酚类等有机物会使生物体产生明显的生物毒害作用6。同时,由于渗滤液中含有大量的重金属,会对生物体产生三方面的毒害作用:(1)直接吸附在器官表面,影响其生理生化功能;(2)诱发细胞畸变;(3)影响酶代谢及遗传系统7

2 毒性检测的评价方法

污染物毒性强度指标常以半最大效应浓度(EC50)和半致死浓度(LC50)表征。J. Marsalek等8按照EC50范围划定的污水生物毒性等级为:(1)EC50>100,无毒;(2)100>EC50>40,具有潜在毒性;(3)40>EC50>10,有毒;(4)EC50 < 9,剧毒。

此外,国内外还建立了与污水、土壤、降解产物、发酵产物、农药等不同污染源的毒性分级及综合评价体系,其中包括了综合生物毒性评价、潜在生物毒性评价和沉积物毒性等。

G.Persoone等9提出了一种简易的两步法毒性量化体系并应用于废石堆体和受污染土壤中产生的渗滤液的生物毒性评定。通过将测试得到的EC50和LC50通过式(1)换算成毒性指标(TU),通过TU的范围确定受试样品的生物毒性。

(1)

按照TU范围划定的废水生物毒性分级:TU<0.4,Ⅰ级,无毒;0.4<TU<1, Ⅱ级,微毒;1<TU<10,Ⅲ级,有毒;10<TU<100,Ⅳ级,高毒;TU>100,Ⅴ级,剧毒。

3 垃圾渗滤液采用的受试生物体

由于理化指标体现的是现阶段垃圾填埋场污染物的控制指标,不能深刻地表现出垃圾渗滤液对环境的影响。需要采用活的有机体作为受试生物来表征垃圾渗滤液的抑制或致死特性。渗滤液对不同的实验体产生的影响表征不尽相同(体积变化、发光性变化、发芽率变化、蒸腾作用变化、生长抑制、致死等)。垃圾渗滤液生物毒性检测的难点在于针对不同的污染物选取敏感性高、代表性强的受试生物,而且这些受试生物要易于在实验室培养,实验条件相对限制较低。概括总结了应用于垃圾渗滤液毒性检测的受试生物种类。

3.1 细胞体

垃圾渗滤液毒性检测主要包括体外及体内两种方式。体外毒性实验主要是在实验室内将细胞体在控制条件(通常为细胞外界条件)下,通过受体结合率、基因表征及酶活性抑制确定污染物的细胞毒性、基因毒性及拟雌激素活性,可以用来评估样品中污染物的生物可利用性。有些细胞体在混合毒物中基因会受到影响,本身特性发生改变,易于评估毒性测试终点及程度。有些研究者利用这些细胞体的毒性压力响应制备出了简单快速的毒性试验盒,简化了毒性测试的操作步骤。由于哺乳动物的细胞敏感性比其他生物细胞强,因此研究者常采用哺乳动物细胞体进行垃圾渗滤液生物毒性体外实验。

P. Ghosh等10采用人体肝癌细胞HepG2进行细胞彗星实验,检测含有真菌耦合细菌生物系统处理垃圾渗滤液前后的遗传毒性。结果表明,经该连续流生物系统处理后,HepG2细胞彗星尾矩减少了7倍,遗传毒性大大降低。渗滤液对HepG2产生的细胞毒性及基因毒性表现出了多种污染物的协同效应和累加效应。G. Gajski等3采用人外周血淋巴细胞测定克罗地亚垃圾填埋场基因毒性特征时发现微核率与核质桥之间具有较强的关联性,渗滤液的基因毒性与其中的氨氮和COD含量有关。

虽然与动物实验体相比,体外毒性实验更加简单快速且成本较低,但体外实验细胞体的代谢活动变化没有标准化的界定条件,因此指向性不明。同时细胞体反映的现象和环境要求随着目标污染物的改变而改变,因此,体外实验的剂量响应曲线仅可作为毒性数据参考。

3.2 哺乳动物

垃圾渗滤液的生物毒性通常采用啮齿类哺乳动物进行测试。小鼠与人类基因类似,因此在污染物毒性强度对人体伤害的测试中采用小鼠作为实验体具有很强的代表性。而且实验用小鼠的培育方法固定,个体差异小,能够有效降低实验中的误差。小鼠繁育较快,中毒症状明显,对污染物较为敏感且容易标记,因此被广泛地应用于垃圾渗滤液生物毒性的检测工作中。

N. Sang等11研究了渗滤液引发小鼠骨髓细胞染色体的畸变情况。结果表明,不同季节的渗滤液均会引起小鼠骨髓细胞有丝分裂率降低、有丝分裂延迟及染色体畸变等中毒症状,总体表现为二月份渗滤液的毒性强于七月份。G. Li等12采用六周龄的昆明鼠为实验样本,发现喂食不同浓度垃圾渗滤液稀释液7 d后小鼠骨髓嗜多染红细胞的微核频率明显增高,母鼠对高浓度渗滤液的敏感程度要高于雄鼠。王菲菲等13也发现投喂中高剂量渗滤液的小鼠骨髓嗜多染红细胞微核率显著增加。

3.3 鱼类

鱼类是水生态系统中的消费者,且在食物链中与人类密切相关,因此鱼类常作为水生生物毒性受试对象。鱼类对不同的毒物可以表现出直接的行为特征及生理学特征变化。应用于垃圾渗滤液毒性检测的鱼类主要包括斑马鱼、虹鳟鱼、鲫鱼及黑头呆鱼等。OECD 203(1992)是国际上鱼类作为受试生物的毒性测定标准方法,我国颁布了鱼类急性毒性测试标准即《水质物质对淡水鱼(斑马鱼)急性毒性测定方法》(GB/T 13267—91)及《化学品鱼类生殖毒性短期试验方法》(GB/T 35517—2017)。

S. Budi等2对比了不同处理方式对垃圾渗滤液的毒性削减作用,结果表明相较于番茄种子及明虾,波鱼对渗滤液污染物更加敏感。同时在酸性条件下过滤可以有效降低渗滤液中富含的碱性有毒物质,实现生物毒性的大幅削减。S. H. Fauziah等14发现,运营期渗滤液较封场渗滤液COD浓度高、氨氮浓度低、生物毒性低。攀鲈暴露在渗滤液中会产生色素退化的氨氮中毒症状,因此推测封场渗滤液中大量的氨氮是导致其生物毒性较高的主要原因。S. Thee-pharaksapan等15也发现渗滤液当中的氨氮会对罗非鱼产生毒害作用。

目前推荐的毒性检测鱼类对污染物毒性敏感性的潜在差异可能会导致不同国家或地区生态危害等级不一致。因此建立统一的垃圾渗滤液鱼类急性毒性的定量构效关系模型是推动其发展的根本。

3.4 高等植物

高等植物遗传体系对环境组分的筛选和监测是极为有效的。通常采用染色体畸变实验、细胞遗传和突变实验表征植物的变异情况。OECD 221(2006)中规定了采用浮萍属和其他植物作为毒性试验体的实验流程,还规定了植株的中毒症状:包括致死率、叶状体生长情况、叶状体死亡率、叶绿素含量和开花情况。

T. Bortolotto等16发现渗滤液会明显抑制洋葱根系的生长,且会对洋葱分生组织细胞DNA基因产生毒害作用。然而通过处理后的渗滤液对洋葱根系的生长抑制作用降低,但基因毒性没有明显改善。宋胶胶17发现通过活性炭吸附处理后的垃圾渗滤液对大麦种子萌发率、幼苗根长、芽长、鲜重、干重抑制作用明显下降,叶绿素水平明显上升。

植物体对渗滤液当中的毒性物质较为敏感,且采用植物体检测生物毒性操作较为简单,经济性强,但该方法也存在一些不足:部分检测方式是通过植物体的生长趋势确定毒性水平,因此需要的测定时间较长,而且不同植物对不同污染物的敏感程度不同,需要通过实验确定能够综合反映渗滤液生物毒性的高效植株。

3.5 无脊椎动物

无脊椎动物是指背侧无脊椎的动物,是动物的原始形态。近50年来,多种类型的无脊椎动物由于其对物理和化学试剂的敏感特征被用于生物毒性预筛选和筛选方法中。无脊椎动物的毒性反应与哺乳动物的关联性较强,可有效替代部分哺乳动物毒性实验,从而有效降低实验时间及实验成本。常用于生物毒性实验的无脊椎动物受体包括卤虫、大型蚤及轮虫等,受试生物及毒性特征见表1

表1   垃圾渗滤液对无脊椎动物毒性作用

所在区域受试体理化特征EC50、LC50/%毒性参考文献
COD/(mg·L-1)NH3-N/(mg·L-1)pH
巴西卤虫832.5-7.0771.63有毒16
中国卤虫12 2621 1317.2517.74有毒19
巴西大型蚤3 460~3 470750~8008.2~8.52.0~2.3有毒20
巴西卤虫3 460~3 470750~8008.2~8.511.9~25.6有毒20
波兰大型蚤139~9 5586.6~8.20.7~38.5有毒/高毒22
爱尔兰大型蚤290~460261~3677.0~7.635~40有毒23
希腊卤虫2 110~6 0400.08~1.748.1~8.754.6~95.2有毒24
希腊轮虫2 110~6 0400.08~1.748.1~8.72.56~9.06有毒24
法国大型蚤0.4~8.827~4 0076.2~8.61.1~41.7有毒25
法国模糊网纹蚤0.4~8.827~4 0076.2~8.61.7~111.1微毒/有毒25
法国卤虫0.4~8.827~4 0076.2~8.61~200微毒/有毒25
法国轮虫0.4~8.827~4 0076.2~8.61~24.4有毒25
阿尔及利亚贻贝4 9251 5268.150.526(EC50)剧毒26

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3.5.1 卤虫

卤虫又称丰年虾,是一种广泛分布于海洋及内陆盐水湖中以浮游植物为食的初级消费者。卤虫作为生物毒性受体的优势主要包括以下几方面18:(1)孵化时间短;(2)分布广泛;(3)商业化卤虫卵易于保存运输;(4)生物体较小;(5)对复杂环境的适应性强;(6)对卤虫的生物学及生态学研究较为深入,避免了前期实验。

T. Bortolotto等16发现渗滤液处理前卤虫的EC10(10%抑制浓度)和EC50稀释度分别为61.2%和71.63%,通过处理后的EC10和EC50稀释度分别为89.9%和97.99%。通过对比文献中卤虫EC50稀释度与物化指标的关系发现渗滤液中COD及BOD5与卤虫的致死率存在较大的关联性。傅金祥等19采用卤虫检测了垃圾填埋场渗滤液及膜滤浓缩液的生物毒性,渗滤液原液毒性要明显高于纳滤及反渗透浓缩液。生物处理工艺可有效降低垃圾渗滤液当中亲水性有机物的毒性。

虽然卤虫是一种适宜于垃圾渗滤液生物毒性检测的受试生物,但因缺乏统一的国际标准而限制了其应用,而卤虫品系众多,各个虫龄对污染物的敏感性也不尽相同,需要建立统一的实验方法。

3.5.2 大型蚤(溞)

大型蚤(溞)是一种生活在自然水域中的浮游甲壳类动物。与卤虫类似,大型蚤分布广泛、生长周期短、繁殖速度快、易获得、对环境较为敏感且实验室中易于培养,被国内外研究者广泛采用为标准毒性实验生物。大型蚤作为受试生物,公认的毒性检测国际标准方法为OECD 202(2004)。我国制定了《水质物质对蚤类(大型蚤)急性毒性测定方法》(GB/T13266—1991)及《大型溞急性毒性实验方法》(GB/T 16125—2012)。

廖英龙等21采用大型蚤测试了大田山垃圾填埋场渗滤液处理前及处理后的48 h-LC50。结果表明,在低浓度渗滤液原液中大型蚤仍可生长繁殖,但生命周期缩短了51%,繁殖率下降了92.2%。M. Matejczyk等22评估了波兰南部22座填埋场渗滤液的水质特征及对大型蚤的生物毒性,认为渗滤液的生物毒性与可检测到的化学指标相关性较差,同时推测渗滤液中可能存在某些异型生物质是渗滤液高生物毒性的主要原因。

大型蚤前期培养阶段较长,且培养条件要求相对苛刻,环境条件的少许改变便可能造成大型蚤的死亡或怀卵量减少,影响实验数据的采集结果。同时,雄蚤与雌蚤对污染物的敏感程度不同,如何实现孤雌繁殖也是大型蚤在渗滤液毒性检测中应用的研究前提。

3.5.3 轮虫

轮虫个体微小,分布广泛,可于污染水体中生长,因此常用于水体污染程度的生物表征。采用褶皱臂尾轮虫制备的Rotoxkit F试剂包已广泛应用于毒性检测实验中。

V. Tsarpali等24在采用卤虫、丰年虫、轮虫和微藻检测希腊半干旱地区填埋场垃圾渗滤液生物毒性时发现褶皱臂尾轮虫比藻类和丰年虫更加敏感。同时渗滤液水质及生物毒性特征与降雨量密切相关,BOD5/NH4+-N与24 h-LC50密切相关。M. Isidori等25采用费氏弧菌、轮虫、丰年虫及大型蚤对意大利2座填埋场渗滤液的毒性鉴别。结果表明,轮虫及丰年虫对渗滤液的敏感性要明显高于大型蚤及费氏弧菌,pH的变化会对轮虫产生较大的影响。

轮虫作为生物毒性受试生物的优势在于可以通过休眠卵法降低实验室连续保种的个体差异误差、敏感性高、可重复实验性强27。但不同株系轮虫的污染物耐受性不同,科学的检测方法及高效轮虫种属筛选仍是其发展方向。

3.5.4 贻贝

贻贝是一种海洋软体动物,其对重金属反应灵敏,美国早在1976年便开始采用其监测海洋中重金属污染的时空变化趋势28。V. Tsarpali等29采用中性红染色保留时间、微核实验、脂质过氧化产物、自由基的产生量和乙酰胆碱酯酶活性等贻贝压力指标表征渗滤液的生物毒性,结果发现,当渗滤液稀释体积比达到0.5%以上时致死率明显增加,然而当渗滤液稀释体积比在0.01%~0.1%时没有明显的贻贝死亡情况产生。国内多采用贻贝作为石油污染的指示生物,应用于垃圾渗滤液生物毒性检测尚未见报导。

3.6 藻类

作为初级生产者,藻类是水环境生态健康情况的重要指标生物。藻类个体微小、繁殖速度快、易于分离培养并且可以直接观察细胞水平上的中毒症状。而且很多研究表明,水体中藻类对污染物的敏感性比鱼类高30。已经颁布的生物毒性藻类测试方法包括ISO—8692(2004)、OECD 201(2006)。我国颁布了《化学品藻类生长抑制试验》(GB/T 21805—2008)。藻类中毒症状的检测指标主要包括:光密度、细胞数、荧光性和细胞干重。研究者利用月牙藻制成了Algaltoxkit F海藻毒性测试包,简化了毒性测试步骤。

S. K. Marttinen等31研究结果表明,渗滤液中氨氮对藻类的生长抑制作用比大型蚤更加明显,还对不同处理工艺(吹脱、臭氧氧化、纳滤)处理渗滤液后的出水进行生物毒性检测,结果表明,这些物化方法处理后的渗滤液生物毒性仍较高,吹脱和臭氧氧化甚至存在出水毒性增强的现象。A. Baun等32发现垃圾渗滤液中挥发性有机物组分会抑制藻类的生长。渗滤液的毒性效应与渗滤液中的异型生物质有机物种类和总量存在一定的关系。

目前,藻类的中毒症状检测方法相对费时费力且易产生误差。同时,不同的受试藻类品种的毒性实验重现性差。因此,研究简易的藻类生理生化特性评定污染物毒性的方法成为该种受试生物毒性检测技术的发展方向。

3.7 微生物

将微生物作为毒性受试体已经被广泛地应用于各类污染物的毒性定量检测中。大量的研究也表明该种方法简单易行、反应迅速、实验的可重复性高,且市场上已经有成熟的实验试剂包在售。微生物毒性反应可分为生长抑制、底物消耗变化、生物体发光抑制性及呼吸作用抑制等。常用的微生物的毒性实验方法包括费氏弧菌发光抑制实验、埃姆斯诱变实验及umu实验33-36

3.7.1 发光细菌

发光细菌是垃圾渗滤液毒性检测中最常使用的受试生物。该种受试生物对复杂污染物的敏感程度比其他生物更加敏感32。常用的发光细菌包括费氏弧菌、哈氏弧菌、明亮发光杆菌、荧光假单胞菌等。

国际上通行的费氏弧菌检测废水毒性的标准为ISO 11348—2(1998),中国颁布了以明亮发光杆菌为受试生物的毒性检测标准《水质急性毒性的测定-发光细菌法》(GB/T 15441—1995)。通过基因技术将特殊的促进剂与菌种结合,可以有针对性地测定综合废水中的某一特定污染物的毒性强度,避免其他因素的干扰37

李平等38通过发光细菌的相对发光度评定Fen?鄄ton法对垃圾渗滤液生物毒性的削减效果。结果表明,经过Fenton处理后的垃圾渗滤液生物毒性大幅降低,发光细菌相对发光率由原水的1.9%提升至了57.2%。R. He等34在采用Fenton法处理垃圾渗滤液膜浓缩液过程中发现,浓缩液中有机物种类对发光细菌的毒性存在差异,其毒性排序为胡敏酸>富里酸>亲水性有机物。胡敏酸中大量的芳香族化合物和有机卤代物可能增强了其毒性作用。

虽然发光细菌可以表征垃圾渗滤液中的有机物、氨氮等绝大部分污染物的生物毒性,但发光细菌对渗滤液中的无机盐成分和某些有机成分(如抗生素)敏感性较差38。因此,发光细菌法需要与其他营养剂生物体毒性实验联合表征垃圾渗滤液的生物毒性。

3.7.2 埃姆斯诱变实验

该实验方法是埃姆斯以组氨酸缺陷型的鼠伤寒沙门菌突变株为测试指示菌所进行的致突变实验。埃姆斯诱变实验常用的微生物系统包括了鼠寒伤沙门氏菌、大肠杆菌、曲霉属真菌和酵母菌。

G. Kwasniewska等35通过鼠伤寒沙门氏菌埃姆斯诱变实验测定了上西里西亚22座填埋场渗滤液的基因毒性时发现其中2个渗滤液样品表现存在诱变活性,推测渗滤液中某些细菌孢子可能会导致实验出现假阳性结果。A. Baun等32在测试10座不同垃圾填埋场渗滤液样品对沙门氏菌有机体变异等级时发现,只有1座垃圾填埋场渗滤液的诱导变异率在1.5以上,表现出了基因毒性。由此推断研究区域产生的渗滤液中存在的非挥发性有机物在肝酶的作用下产生了基因毒性物质。

已有研究表明,埃姆斯诱变实验对含有大量重金属和氯代物样本的敏感性差40。因此采用埃姆斯诱变实验检测垃圾渗滤液的生物毒性会受到限制,而且埃姆斯诱变实验所需的菌种较多、操作相对复杂、检测时间也相对较长。

3.7.3 umu实验

umu测试是检测遗传毒性的短期筛选实验,是基于环境诱变造成DNA损伤后诱导SOS反应而表达umu C基因基础上建立起来的测试方法。因其简单快速(5~6 h)、相对所需菌种较少、无菌操作要求低、对污染物敏感40,近年来umu实验已开始应用于垃圾渗滤液遗传毒性研究领域。

杜静安36采用臭氧氧化-BAC工艺处理垃圾焚烧厂产生的渗滤液的过程中发现臭氧能够大幅削减垃圾渗滤液的umu毒性当量(由597.4 μg/L降低至217.6 μg/L),通过BAC滤池后出水umu毒性当量仅有84.7 μg/L。臭氧能够高效氧化渗滤液中的苯系物,而苯系物是基因突变的主要因素之一,因此可有效降低垃圾渗滤液的生物毒性。而B. H. Buitrago等〔42〕采用umu实验及费氏弧菌测试垃圾填埋场沉积物时并未检测到基因毒性,这可能与垃圾渗滤液来源有关。

虽然umu实验在检测环境致突变污染物上有较强的优势,但检测其抗突变性方法学上仍有很多不确定性因素亟需完善解决,因此umu实验需要与其他的实验方法相互配合验证,实验数据才更加可靠。另外,寻找活性更好、更具代表性的对渗滤液具有代表性菌株也是umu实验需要研究的内容。

4 展望

渗滤液中污染物成分复杂,对生物体的毒性作用可能存在拮抗、叠加或协同作用。因此,研究渗滤液中多种污染物生物毒性关联性是未来渗滤液毒性检测的一大方向。同时,各个营养级的受试生物对渗滤液中污染物的敏感程度不尽相同,仅靠一种受试生物毒性检测数据难以表征渗滤液的整体毒性特征。因此,建立一套针对于垃圾渗滤液的多营养级生物组合毒性检测方法势在必行。

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