利用caluxr生物法分析北京市污水厂污泥中的二恶英类化合物.pdf

持久性有机污染物论坛2 0 0 8 暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集 利用C A L U X ⑩生物法分析北京市污水厂污泥中的 二恶英类化合物 张婷婷1 ，余刚P ，王斌1 ，黄俊’，邓述波1 ，中村吕文2 ，半田洋士2 ， M a l i n aN a y a l ( 2 ，黄俊卿2 ，村田弘司2 ( 1 清华大学环境科学与工程系，持久性有机污染物研究中心，北京，1 0 0 0 8 4 ；2 株式会社日吉， 自本近江八幡市，5 2 3 ．8 5 5 5 ；搴联系人，E - m a i l ：y 争d e n @ 塔i n 曲u a ．e d u ．c n ) 1 ．引言 关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约实施并生效，在公约首批列入控制的1 2 种( 类) P O P s 中，非故意产生的持久性有机污染物( u P ．P O P s ) 问题显得尤为严重和突出，其中包括多氯代二二苯 并一对．二恶英( P C D D s ) 、多氯代二二苯并呋喃( P C D F s ) 和共平面多氯联苯( D L ．P C B s ) 三类，统称 之为■恶英类( D i 似i n s ) 的持久性有机污染物。

关于■恶英类化合物的削减与控制是当前国家实 施战略的重点与难点为此，亟需要确定中国j 二恶英的排放清单，目前我国：：恶英排放清单数据大 多来自联合国环境规划署《二恶英清单估算标准工具包》，我国需要枉短时问内进行筛选，常规的 高分辨气相色谱质谱法( H R G C 绷R M S ) 由于其仪器成本和运行费用昂贵、操作复杂、分析周期长 等阻碍了清单调查的进行，荧光素酶报告基因法( C h e m i c a l ．L u c i f e r a S eG e n eE x p r e s s i o n ，C A L U x ) 被证实是一种高效快速、简易价廉的生物分析方法，欧盟、美国、日夺等国都已将其用于D i o x i n s 的 筛选检测中，并已被U S E P A 和日本环境省列为国家标准法而目前备我国大量的生活污水和工业 用水排入污水系统，二恶英类化合物及其前提物经过各种不同的工艺处理后排入水体和污泥中二 恶英类化合物极具亲脂性，易于在污泥中积聚；随着我国污泥产生量的逐年提高，污泥中的二恶英 类化合物成为了人们关注的热点本研究采用C A L U x 法测定了北京市区九大污水厂污泥中二恶 英类化合物的存在情况，并结合处理工艺进行了初步分析，为我国制定二恶英类化合物清单以及风 险评价提供了必要的基础数据。

2 ．材料与方法 2 ．1 材料 实验细胞来自美国X D S 公司的小鼠重组基因细胞H 1 L 6 ．1 c 2 ；正己烷、壬烷、甲苯、甲醇、丙 酮、乙酸乙酯均为农残级，购自日本w a k o 公司；硫酸为超级分析纯，购自w a k o 公司；R P M I l “O 基质、P B S 、青霉素与链霉素基质、5 4 5 型硅藻土购自日本N a c a l a i 公司；硅胶、无水硫酸钠购自日 本凡m t o 公司 2 ．2 采样与前处理 污泥样品于2 0 0 7 年1 0 月采自北京市区九个污水厂的脱水污泥，污泥通过冷冻干燥( F R E E Z O N E 4 ．5 ，L a b c o n c o ，美国) 、自然风干、2 0 0 日筛分之后，储存于4 ℃冰箱进行保存称取3 ．5 9 干燥样品， 以甲醇／甲苯混合溶液( 1 ：4 ，V ：V ) 超声萃取一次后甲醇葶取三次，离心后的萃取液依次经过硅藻 土( X D SI r I c ．，美国) 填充柱和硫酸硅胶柱进行净化处理，最后通过X ．C a r b 活性炭柱( X D S1 1 1 c ．，美 国) 分别收集P C D D ／F s 和D L ．P C B s 组分，真空浓缩后超声溶解于正己烷中以待生物分析。

2 ．3C A L U X 生物检测 用正己烷将样品经过合适的比例进行稀释，真空浓缩后转溶至二甲基弧砜( D M S O ) 中，加至 含有细胞( 小白鼠肝癌细胞H lL 1 ) 的9 6 孔板内经过2 0 ～2 4 小时生物培养( C 0 2 ，3 7 ℃) 后， 二恶英类物质会激活荧光素酶的活性再利用荧光仪( B e n l l o l dC 伽仃0L B ，G e 帅柚y ) 即可测出荧 特九性有机污染物诗坛2 0 0 8 暨第= 届持又№有机污染物全国学木研讨会论t 巢 光寨酶的活性量将污混样品斗二恐英粪化台物撒发测得的荧光累酶活性’川标“j ：物赝 ( 23 ，7 ．8 ．T c D D ) 所做成的标准帅线柏比对，即可款得污滟中= 恶填搂化台物的群托‘1 嚣 ( c A L u x - T E 0 ) 浓度 3 ．结果与讨论 3 ．1 污泥中P c n D ，F s 和D L P c B s 的存在情况 嘲l 为北京市区九人城市污永处理厂脱水污泥中的P c D D ，F s 的含蘑情况，从罔中可以看⋯北 京市区污求厂污泥中的P c DD ，F s 的存在水平较低，萁_ 恶英生物活性当蕾浓度范围为1 43 4 - 5 43 6 p 窟c A L u ．T E 0 幢d w ．吼s T 町和s T P 9 污水厂的禽{ ；} 为高。

而污糖c ”D L - P c B s 的禽晕均较怃 均在25p g c A L u xT E O 电d w 玳’F 以r ，且活性当掣浓度越同为o “r22 7p 苎c A L u x T E ( ) * d w 同时也麓现，P c D D ／F s 与D L ．P c B s 之问没柯} M 蚶的圳天性，遗与^ 然水体t l 一的规律不同，p 要是 因为污水和污铌中的一恶英来源比较复杂，在污水污泥处理处置过科中E 会通过前驱物如氯荤、飘 酚等形成 l 岫 目In m 市E 日m r * ％+ P c D n f s ∞口e 目2n 《m “* m f ％％十D L P c B s 的☆量 32 污泥中二恶英类化合物的总体存在情况 大_ I l j = 的研究证明，c A L u x 生物分析法测得的恶英活性浓度与H R G d H R M s 化学分析法分析 得到的当量浓度之司有报好的相关性．木被实验泵用日吉株式会社关于底泥、土壤中生物分析与化 学什析法之问的换算系数进行计算，得到北京市区九天城H 污水处理厂中二恶英类化音物的总浓 度，结粜麓现北京市区污水J 玎耗中的= 恶越类化台物的总体音量较低。

95 ] - 2 29 0P g T B O 把d w ， 远远低于欧盟关于采用污泥中一恶英娄化台物的闽值范甩1 0 0P g T E Q 幢d 砒，表叫北京市区污水』 中污泥经过简单处理后的= 恶英古量井来埘耳境造成较丈危害 3 0 污水中工业废水的比例对污泥中P c D D ，F s 和D L - P c B s 含量的影响 通常认为T 业虚水是污水厂中持久性有机污染物浓度增加的～个蕈差原凼，日在国内外有铰多 的研究和分析北京市区的九^ 城市污水处理r 中以s T P 9 污水厂中工业废水的比重晶高，工业废 水占总的污水晕的5 0 ％左右，赏验测得P c D D Ⅲs 和D L - P c B s 并小是最高的但是工业废水含量较 高的= 个污水处理厂s T P 9 、s T 舶、s T P ^ ，其工业废水的比例分别占总的污水处理量的5 0 ％、3 5 ％、 3 0 ％，最终计算拇到的二恶典炭化台物的总浓度均较高．分别为1 69 8 ，1 79 0 和2 29 0P gl E Q 幢 但是没有茂现工业废水对污托中= 恶英类化台物总浓度贡献值的明确戈东也有报道认为家庭生活 污水中由丁表面活性剂、食品中含有恶英台成的前提物质，所“生活污水对污水厂排放山的’怒 英贯献更大。

34 污水和污泥处理工艺对污泥中P c D D ，F s 和D L —P c B s 含量的影响 ■■■■■■一●■一 —I m —I l ! l—■I㈣ ■■■■■Im■■Im■■㈣ 持久性有机污染物论坛2 0 0 8 暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集 北京市区现运行的九大城市污水厂中有6 个污水厂( S T P l ，s T P 2 ，S T P 4 ，S T P 5 ，S T P 6 和S T P 8 ) 污水采片j A 2 0 的活性污泥工艺，污泥仅经过简单的污泥浓缩和脱水，其产生的污泥中P C D D ／F s 较低， 浓度范罔为1 4 ．3 4 ．3 3 ．2 4p gc A L u x ．T E Q 惶：而采用s B R T 艺后进行污泥浓缩脱水的S T P 3 污水厂，污 泥中P C D D ／F s 含量最高，浓度高达5 4 ．3 6p gC A L U X ．T E Q ／g 说明活性污泥工艺在去除二恶英类化合 物上有比较好的效果，污泥排放后均符合欧盟污泥农用的范围与之对应的是S T P 9 污水厂，其污 水处理工艺也是采用活性污泥工艺，但是污泥处理采用浓缩．二级厌氧消化．脱水，研究发现，经过 浓缩、一级消化和二级消化，污泥中的P C D D ／F s 含量呈现逐渐增加的趋势，经过二级厌氧消化后污 泥中的P C D D ／F s 的含量高达6 8 ．2 8p gC A L U X ．T E Q 儋，d ．w ．，但是在脱水工艺中P C D D 师s 浓度得到降 低；而D L ．P C B s 的浓度变化呈现出逐渐降低的趋势，变化范围为2 ．0 9p gC A L U X ．T E Q ／g 至定量检 测下限。

说明厌氧消化处理污泥在削减和■恶英类化合物的含晕上并没有表现出其原有的优势，可 能在处理- L 艺的关键参数控制上还需要进行深入研究，以实现污染物的共去除 4 ．结论 C A L U X 生物分析法可以有效检出污泥中的二恶英类化合物的含量，研究结果表明北京市区现 运行的九大城市污水处理厂中二恶英类化合物物的含量较低，P C D D 忭s 的浓度范围为1 4 ．3 舡5 4 ．3 6 p gC A L U X - T E Q ／＆d ．w ．，D L ．P C B s 为1 ．4 3 ．2 ．2 7p gC A L U X ．T E Q 儋，d ．w ．，二恶类化合物的总的当量 浓度为9 ．5 3 ．2 2 ．9 0p gT E Q 儋，d ．w ．，均低于欧盟关于农用污泥中二恶英类化合物的阈值范围l o op g T E Q 儋d ．W ．，表明北京市区污水厂中污泥经过简单处理后的二恶英含量并未对环境造成较大危害 文中还对不同污水和污泥处理工艺对排放物泥中二恶英类化合物的含量影响进行了初步分析，发现 活性污泥工艺对二恶英类化合物的去除有比较好的效果，具体的去除原因还有待于借助 H R G C ／H R M S 化学分析法进行深入研究。

致谢 本工作受国家杰出青年基金州o ．5 0 6 2 5 8 2 3 ) 及清华大学持久性有机污染物研究中心和日吉公司 合作协议资助 参考文献 【l 】M a n i ∞zKA b a dE ，P a l ∞i o sOe ta 1 ．A 5 ∞s 锄翎to fp o l y c h l o r i n a t c dd i b c n z o - p 面o x i 鸺a n dd i b e 皿o m r 叭si I ls l u d g e s a c c l o r d i l l gt ot I 峙E 呻) p 啪蜘V i f o n m 朋t a Ip o “c y ．E n V i m n ．饥，2 ∞7 ，3 3 ：1 0 4 0 ．1 0 4 7 ． 圆W 姐gM J ．L 锄da p p l i c 砒i o no f 鼢Ⅳa g es l u d g ei nC h i l l a ．S c i ．T o b lE n “m n ．，1 9 9 7 ，1 9 7 ：1 4 9 —1 印． 【。