利用蚯蚓回避试验检测再生水生物毒性的方法

摘要

本发明涉及一种环境保护领域的再生水生物毒性检测方法，具体是利用蚯蚓回避试验检测再生水对陆地土壤生物毒性的方法。该方法是把再生水与人工配制标准土壤或无污染清洁自然土壤按一定比例混合制备成测试土壤，以纯水与人工配制标准土壤或无污染清洁自然土壤按相同比例混合制备成对照土壤，根据蚯蚓在这两种土壤中选择性迁移情况，利用公式计算蚯蚓对再生水的回避率。以蚯蚓回避率为指标，可快速、准确地诊断再生水对陆地土壤生物的毒性情况。该方法具有操作简单、成本低廉、易于观测、实验周期短、反应灵敏度高、重现性好等优点，无需专业技术人员与专业分析仪器即可完成，非常适用于再生水回用安全评价的毒性诊断与早期筛查。

说明书

技术领域

本发明涉及一种再生水回用安全风险评价的生物毒性测试方法，具体涉及利用蚯蚓回避试验判断再生水对陆地土壤生物的毒性测试方法。

 

背景技术

21世纪以来，随着人口的剧增、工业和社会经济的讯速发展，全球水资源短缺日益加剧，目前约三分之一的世界人口处于极度缺水的状态。我国淡水资源非常短缺，人均占有量为世界的四分之一，被联合国列为13个最贫水国家之一。我国水资源的分布非常不均匀，降水季节不均，三分之二的国土处于干旱或半干旱状态，西北部地区缺水问题极其严重。随着现代化工业迅猛发展，城市规模不断扩大，城市用水量和废水量不断增加，造成城市水源水量日益不足，水质日趋污劣，城市水资源供需失衡矛盾更加尖锐。我国城市的缺水现象非常普遍，在全国 600 多座城市有约 400 座城市缺水，110多座城市严重缺水。因此，社会经济用水安全保障已经成为制约我国社会经济发展的重要因素，水危机将是长期制约中国社会经济发展的最紧迫问题之一。在水资源短缺的形势下，单靠节水措施已无法满足社会经济发展的需要，再生水作为城市第二水源日益受到人们的重视，城市污水的再生利用是解决城市缺水问题的有效措施之一。我国城市污水再生利用规模发展迅速，至2008 年北京市新建再生水厂 9 座，城市污水处理率达到 90%，污水再生利用率达到 50%；2008 年合肥市城市污水再生利用量已达到 26 万吨/天，2020 年将超过 50 吨/天；2010 年西安市再生水利用量达到 46万吨/天；河南省郑州、平顶山、濮阳、信阳等城市都在规划建设再生水厂；沈阳、大连、太原、等北方城市也正在积极推进城市污水再生利用工程。

城市污水再生利用是以城市污水为再生水源，经水处理工艺净化后，达到可用的水质标准，再通过管道输送或现场使用方式予以再利用的过程。国内外大量研究发现常规污水处理工艺能够有效去除污水中的绝大部分氮、磷等营养物质，但是对一些特殊污染物的去除效率很低，特别是一些有毒有害污染物，如重金属、病原微生物、持久性有机污染物（POPs）以及环境激素等。与此同时，在污水处理过程中也将会产生一些新的消毒副产物等有害物质。这些有毒有害物质不是单一存在再生水中，而是同时存在，构成复合污染。采用化学分析方法仅能检测出部分有毒有害物，但无法全面评价再生水的安全性，目前普遍采用生物毒性检测方法来评价再生水的综合毒性。所以，城市再生水在回用前必须进行生物毒性检测，评价其回用安全风险，以保障生态环境与人体健康的安全。

城市再生水回用的途径主要有农业灌溉、工业回用、城市杂用、城市景观用水、补充地下水等，这就意味着城市再生水在回用时大部分将进入土壤生态系统。鉴于再生水中的各种有毒有害物质对土壤环境生态可能产生安全风险，必须对再生水的生物毒性进行检验，以保障再生水回用的安全性。生物检验法对城市再生水的综合毒性进行检测是评价再生水回用安全性的重要手段，目前用于检测再生水生物毒性的方法主要包括有发光微生物急性毒性检验法，鱼类急性/亚慢性毒性检验法、蚕豆根尖微核技术等，这些方法能够对污水中的病原微生物、化学有机物、重金属等有害物质的综合生物毒性进行定性定量评价。不过这些方法大多基于水质标准而订，受试生物不是陆地土壤生物，所以这些方法的检验结果难以准确评价再生水回用对土壤陆生生态系统的安全风险，非常有必要建立适用于评价再生水对陆地土壤生态环境安全风险的生物毒性检测方法。

蚯蚓是土壤中生物量最大的动物类群，是环境毒理学研究的典型土壤生物。蚯蚓毒理试验已广泛应用于对土壤生态环境进行监测和评价，在污染土壤环境风险分级、污染物土壤质量标准与基准的制定、特定污染场地环境风险评价、污染场地修复效果评价等方面有重要的应用价值。由于长期生活在潮湿的土壤中，蚯蚓的表皮除了角质层要薄于普通陆生生物之外，表皮上还有很多腺孔与外界相通，对进入土壤的有毒有害物质非常敏感。一旦感受到毒害威胁，蚯蚓将表现出回避或逃逸迁移行为，以躲避危害。

 

发明内容

本发明利用蚯蚓对再生水中各种有毒有害物质的回避行为，采用蚯蚓回避试验来检测再生水的生物毒性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种利用蚯蚓回避试验检测再生水生物毒性的方法，其步骤为：

第一步、样品制备：取待测再生水与人工标准土壤或者无污染的清洁自然土壤混合均匀，制备为测试土壤，取纯水或去离子水与人工标准土壤或者无污染的清洁自然土壤混合均匀，制备为对照土壤；

第二步、回避试验：将测试土壤和对照土壤分别装入蚯蚓回避试验二室型装置的两室中，两种土壤中间用塑料隔板隔开，将塑料隔板抽离后，在原先隔板位置的缝隙中放入健康成年的蚯蚓，然后用纱布封顶防止蚯蚓逃跑，蚯蚓回避试验二室型装置培养一段时间后，将塑料隔板重新插回原位，然后分别检查隔板两边土壤中的蚯蚓数量；

第三步、数据处理：计算回避率公式为：NR=[(C- T) /(C+T)]×100，其中NR 为蚯蚓回避率, C 为对照土壤中的蚯蚓数目, T 为测试土壤中的蚯蚓数目；

第四步、毒性判定：蚯蚓回避毒性的判定标准是蚯蚓回避率大于60%。

作为本发明进一步改进的技术方案，第一步样品制备中测试土壤为150ml待测再生水与350g人工标准土壤或者无污染的清洁自然土壤混合均匀，对照土壤为150ml纯水或去离子水与350g人工标准土壤或者无污染的清洁自然土壤混合均匀。

作为本发明进一步改进的技术方案，第二步回避试验所用蚯蚓为人工养殖蚯蚓, 蚯蚓品种为赤子爱胜蚓（Esisenia fetida）、安德爱胜蚓（Eisenia andrei）或者参环毛蚓（Pheretima aspergillum）。

作为本发明进一步改进的技术方案，第二步回避试验的样品测试重复次数进行10次以上。

作为本发明进一步改进的技术方案，第二步回避试验中放入蚯蚓的数量为10-15条，蚯蚓回避试验二室型装置放置在温度为20-25 °C、相对湿度为70% ~ 80%、光照时间为光照/黑暗=16 h /8 h的条件下培养48小时。

作为本发明进一步改进的技术方案，第三步数据处理中，当NR值为负数时，认为蚯蚓无回避效应，NR值认定为0。

作为本发明进一步改进的技术方案，第四步毒性判定中对重复试验的NR值取平均值后再判定。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述人工标准土壤的配制方法为：工业石英砂69%，高岭土20%，苔藓土10%，CaCO₃ 1%，混匀，以1 M的NaOH调节土壤pH为6.5，以上为重量百分比，其中工业石英砂含有50%以上0.05-0.2 mm细小颗粒。

本发明提供了一种利用蚯蚓回避行为对再生水生物毒性作综合评价的方法，可用于再生水生物毒性监测工作。与化学分析检测、急性/慢性毒性试验、生物标志物检测等方法相比，采用蚯蚓回避试验来检测再生水的生物毒性具有操作简单、成本低廉、易于观测、实验周期短、反应灵敏度高、重现性好等优点，无需专业技术人员与专业分析仪器即可完成，在再生水回用工程上将有广阔的应用前景。

 

附图说明

图1为蚯蚓回避试验示意图。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

 

具体实施方式

实施例1

量取10份体积为150毫升污水处理厂二级处理后的出水水样，分别与10份重量为350克人工标准土壤均匀混合后，分别放入10个蚯蚓回避试验二室型装置中的任意一室；然后再量取10份体积为150毫升纯水，与10份重量为350克人工标准土壤均匀混合后放入另外一室，两种土壤用塑料隔板隔离。将塑料隔板抽离后，在原先隔板位置的缝隙中放入10条健康成年的人工养殖蚯蚓，然后用纱布封顶防止蚯蚓逃跑。回避试验容器放置在温度为20±2 °C、相对湿度为75±5%、光照时间为光照/黑暗=16 h /8 h的条件下培养48小时后，将塑料隔板重新插回原位，然后分别检查隔板两边土壤中的蚯蚓数量。

采用公式NR=[(C- T) /(C+T)]×100计算出蚯蚓回避率。由于蚯蚓回避率高于60%，表示蚯蚓对待测水样有回避反应，可初步判断水样对蚯蚓有一定生物毒性，表明该污水处理厂的二级出水应作一步净化消毒处理后才能用于农业灌溉或景观用水的再生回用。

实施例2

实施例2基本步骤与实施例1完全相同，其区别在所取水样为污水处理厂三级处理后的出水水样。

采用公式NR=[(C-T)/(C+T)]×100计算出蚯蚓回避率。由于蚯蚓回避率远低于60%，表示蚯蚓对待测水样无回避反应，可初步判断水样对蚯蚓的生物毒性不高，再生水回用的安全风险低。