污泥及土壤中有毒有机污染物的离体生物毒性效应研究

论文摘要

随着经济的快速发展和现代科学技术的进步，人类活动造成的环境污染日益严重，大量的污水造成污水处理厂的规模和数量不断增加，而处理污水产生的污泥的污染问题已经成为一个瓶颈问题，对生污泥处理后污泥的生态毒理进行探讨和研究必不可少；污水回用，污泥农用，又可能会对土壤造成污染，土壤作为一个生态循环的基础部分其生态风险评价也不容忽视。本研究采集了北京市18个污水处理厂的生污泥样品、传统工艺和其他工艺对污泥的处理样品、三个省六个城市的有机磷污染类型和多环芳烃污染类型土壤样品，并针对这些重点区域的有毒有机污染物进行了多种生物测试，给污泥和土壤样品的生态毒理研究提供了丰富的数据。主要研究工作如下：1.采集了北京市18个污水处理厂的生污泥样品，并进行生物测试前处理。应用重组基因酵母法以及SOS/umu生物毒性测试方法评价了北京市18个污水处理厂的污泥样品的内分泌干扰效应和遗传毒性效应。其中，除样品S4，S6，S7没有雌激素效应，其他的15个样品均检出雌激素效应，范围在1.2～17.7ng/g dw EEQ之间；对18个污泥样品分别进行加S9（大鼠肝匀浆）和不加S9的遗传毒性测试（所得R值的标准偏差均在10%以内）结果发现：在最高暴露强度为2.5mg干土/孔的浓度梯度条件下，样品S1在不加S9时没有检出阳性,加入S9后，R值有很大的提高，有疑似阳性。2.采集了北京市某污水处理厂热干化、堆肥和石灰干化等几种不同的污泥处理工艺处理后的污泥样品，并进行生物测试前处理。应用重组基因酵母法、大鼠肝癌细胞H4IIE离体生物测试（EROD测试）以及SOS/umu生物毒性测试方法评价了不同处理工艺处理后的污泥样品的内分泌干扰效应，芳烃受体干扰效应和遗传毒性效应。结果表明，对于内分泌干扰效应，传统的堆肥工艺的雌激素干扰效应去除效果不明显；传统的石灰干化和堆肥工艺对雄激素干扰效应去除效果不明显；传统石灰干化和堆肥对甲状腺干扰效应的去除效果较差，在采取精确控制的处理工艺中，经0.5kg/m2石灰干化，1kg/m2石灰干化和1kg/m2堆肥工艺处理后，污泥的甲状腺干扰效应较明显；对于遗传毒性效应，在最高暴露强度为20g干土/孔的浓度梯度条件下，G10（石灰干化）R值在1.5-2之间，有疑似阳性，其余10个污泥样品R<1.5且无剂量效应关系，未检出直接遗传毒性；经过代谢活化后，石灰干化和堆肥处理都表现出明显的间接遗传毒性，其余9个污泥样品均未检出间接遗传毒性；对于芳烃受体干扰效应，其范围在15.66～78.9pg/g干土TEQ之间，经不同处理工艺处理后样品芳烃受体干扰效应普遍降低。3.采集了三个省六个城市的不同类型的土壤样品，并进行生物测试前处理。应用重组甲状腺受体基因酵母法、大鼠肝癌细胞H4IIE离体生物测试（EROD测试）评估了我国三个省的13个典型污染土壤的芳烃受体干扰效应和甲状腺干扰效应。研究结果表明，土样的芳烃受体干扰物质的TEQ水平为4.2～23.9pg/g干土；13个土样均未检出甲状腺受体诱导效应，但有4个土样具有显著的甲状腺抑制效应（土样污染水平值为51～183μgNH3/g干土）。研究结果发现部分地区这两种污染可能同时存在，联合应用EROD测试和TR酵母测试可以对复杂环境样品进行有效的毒理评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 污泥的生态毒理研究和进展
• 1.2 污泥处理工艺的研究和进展
• 1.3 土壤的生态毒理研究现状和进展
• 1.4 本研究的目的和内容
• 第二章 材料与方法
• 2.1 样品前处理方法
• 2.1.1 污泥样品的采集和前处理
• 2.1.2 土壤样品的采集和前处理
• 2.2 重组基因酵母测试
• 2.2.1 实验原理
• 2.2.2 试剂配制
• 2.2.3 主要仪器设备
• 2.2.4 实验步骤
• 2.2.5 雌激素酵母测试
• 2.2.6 雄激素酵母测试
• 2.2.7 甲状腺激素酵母测试
• 2.2.8 环境内分泌干扰物诱导/抑制作用
• 2.3 SOS/umu 测试
• 2.3.1 实验原理
• 2.3.2 试剂配制
• 2.3.3 主要仪器设备
• 2.3.4 实验步骤
• 2.3.5 数据处理
• 2.4 鼠肝癌细胞系 H4IIE-EROD 测试
• 2.4.1 实验原理
• 2.4.2 试剂配制
• 2.4.3 主要仪器设备
• 2.4.4 实验步骤
• 2.4.5 数据处理
• 2.5 质量控制（QC）与质量保证（QA）
• 2.5.1 重组基因酵母方法质量控制
• 2.5.2 SOS/umu 测试质量控制
• 2.5.3 鼠肝癌细胞系 H4IIE-EROD 测试质量控制
• 第三章 污泥的生物毒性及评价
• 3.1 雌激素受体干扰检测
• 3.1.1 17β-雌二醇诱导酵母的剂量-效应关系曲线
• 3.1.2 污泥样品的雌激素干扰效应
• 3.2 SOS/umu 试验
• 3.3 小结
• 第四章 污泥处理工艺的生物毒性及评价
• 4.1 雌激素受体干扰检测
• 4.1.1 17β-雌二醇诱导酵母的剂量-效应关系
• 4.1.2 污泥样品的雌激素干扰效应
• 4.2 雄激素受体干扰检测
• 4.2.1 氟他胺对二氢睾酮诱导酶活性抑制
• 4.2.2 污泥样品的雄激素干扰效应
• 4.3 甲状腺激素受体干扰效应检测
• 4.3.1 T3 对酵母酶活性诱导的剂量-效应关系曲线
• 4.3.2 污泥样品的甲状腺激素干扰效应
• 4.4 SOS/umu 测试
• 4.5 鼠肝癌细胞系 H4IIE-EROD 测试
• 4.5.1 2,3,7,8-TCDD 的 EROD 酶活性的标准曲线
• 4.5.2 污泥样品的芳烃受体干扰效应
• 4.6 小结
• 第五章 土壤的生物毒性及评价
• 5.1 甲状腺激素受体干扰效应检测
• 5.2 鼠肝癌细胞系 H4IIE-EROD 测试
• 5.2.1 2,3,7,8-TCDD 的 EROD 酶活性的标准曲线
• 5.2.2 13 个土壤样品的芳烃受体干扰效应
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的论文