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常规给水处理工艺对MX浓度和饮用水遗传毒性的影响

作　者: 张惠娟
导　师: 鲁文清
学　校: 华中科技大学
专　业: 劳动卫生与环境卫生学
关键词: 常规给水处理工艺 MX CDBPs TOC 致突变性 DNA损伤
分类号: R114
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

3-氯-4-二氯甲基-5-羟基-2(5氢)-呋喃酮( 3-chloro-4- ( dichloromethyl )-5-hydroxy-2[5H] -furanone,MX),属氯化呋喃酮类物质,主要产生于造纸业氯化漂白和饮用水氯化消毒过程,是饮水氯化消毒副产物中的新成员。MX在饮用水中的浓度仅为纳克级,但其具有极强的致突变性,可引起哺乳动物细胞多种遗传损害。动物试验表明,MX不仅可诱导大鼠的多器官肿瘤,而且在多种肿瘤的发生过程中起到促癌作用。鉴于MX的致突变性、致癌性、致畸性,国际癌症研究署(IARC)已将其列为人类可能致癌物。水源水在氯化消毒过程中,水中有机物(尤其是腐殖质)与氯反应生成MX是饮用水中MX来源的最主要原因。已有研究表明,MX的形成与水中有机物的种类、含量和常规饮用给水处理工艺过程的理化因素有直接的关系,通过改进饮用给水处理工艺来降低MX的浓度已受到国内外研究者的关注。目前关于饮用水常规处理工艺环节对MX形成的影响资料十分有限,而这恰是控制水中MX浓度,从而达到保护健康的重要所在。因此在本研究第一部分通过采集武汉市某水厂饮用水常规给水处理过程中不同工艺环节的水样,开展水中MX浓度与总有机碳(TOC)、pH值、浊度等相互关系的研究,探讨常规给水处理过程中MX浓度的变化和影响MX生成的工艺环节。采用常规给水处理工艺不仅使得饮用水中生成了MX,同时也生成大量的氯化消毒副产物(chlorinated disinfection by– products,CDBPs)。有关研究表明,DBPs的产生增加了饮用水的遗传毒性。那么饮用水常规处理过程中有哪个工艺环节可增加饮水的遗传毒性呢?它又与MX的浓度是否存在相关关系?鉴于这样的疑问,在本研究第二部分,通过对饮用水常规处理过程的各工艺环节采集的水样进行伤寒沙门氏菌回复突变试验(Ames试验)和单细胞凝胶电泳试验(SCGE试验),来研究常规给给水处理工艺对饮用水遗传毒性的影响,并探讨MX浓度与饮用水遗传毒性的关系,为优化现有饮用给水处理工艺,减少氯化消毒副产物的生成,提高饮用水质量,增进人体健康提供参考依据。本论文由两部分组成:第一部分:常规给水处理过程中MX生成的影响因素采集武汉市某自来水水厂的源水、预氯-混凝沉淀水、沉淀水、过滤水、加氯消毒后的出厂水和管网末梢水,对水样进行酸化预处理后,采用有机碳测定仪仪器分析法、玻璃电极法、分光光度法、高锰酸钾褪色法分别检测各个采样点水样中的总有机碳、pH值和浊度;将水样用树脂吸附浓缩处理后采用气相色谱-质谱联用仪测定MX的浓度。结果发现:在常规给水处理过程中,预氯-混凝沉淀工艺使水中MX和TOC浓度较源水有所升高,而沉淀工艺则使二者浓度降低,经加氯消毒后的出厂水(包括管网末梢水)中,MX和TOC浓度再次明显上升,且两次加氯后TOC浓度的升高均有统计学意义。浊度在给水处理过程中呈整体下降趋势,仅管网末梢水略有升高;pH在给水处理过程中无明显变化。相关分析表明,各采样点水样中MX的浓度与TOC的浓度呈高度正相关(r=0.95,P﹤0.05),而与水样的浊度、pH值无相关关系。第二部分:MX浓度与饮水有机提取物遗传毒性的关系水样采集点同第一部分。将水样浓缩处理后,以水中有机提取物为受试物,采用Ames试验测试水样的致突变性,采用SCGE试验水样的DNA损伤效应。Ames试验:水样测试浓度定为4L/皿,采用标准平皿掺入法,测试菌株为鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型菌株TA98和TA100。TA98阳性对照用2μg/ml的敌克松,TA100阳性对照用15μg/mL的叠氮化钠(NaN3),阴性对照为DMSO。致突变结果用突变率表示:突变率(MR)=每皿诱发回变菌落数/每皿自发回变菌落数。结果显示:有机提取物对TA98(+S9,4L/皿)菌株诱发的致突变性,源水、预氯-混凝沉淀水、出厂水和管网末梢水MR值均大于2;对TA100(+S9,4L/皿)菌株的致突变性,仅出厂水和管网末梢水的MR值大于2。SCGE试验:设水样1.2、6、30、150ml水样/ml四个浓度组,B(a)P(200μmol/L)为阳性对照,二甲基亚砜(10 ml/L)为溶剂对照。用不同浓度的受试物处理L-02细胞24h,通过单细胞凝胶电泳技术检测细胞中的DNA链断裂。试验结果显示:①从不同浓度的角度分析,较高浓度的水样(150、30ml水样/ml)在所有给水处理工艺环节均可引起L-02细胞DNA的明显损伤,其诱导的Oliver尾矩(OTM)值与溶剂对照相比,有统计学意义(P<0.05);而在6 ml水样/ml浓度下,只有预氯-混凝沉淀水、出厂水和末梢水的OTM值与溶剂对照相比有统计学意义(P<0.05);最低浓度的水样(1.2 ml水样/ml)在给水处理各工艺环节均不引起L-02细胞DNA的损伤;②从给水处理工艺环节的角度分析,在6～150ml水样/ml的浓度范围,OTM值的变化呈现一致性,即表现为经预氯-混凝沉淀工艺,水样的OTM值明显增加,经沉淀工艺后,OTM值下降,经加氯消毒后,水样OTM值又明显增加,且两次加氯处理后水样OTM值的增加均有统计学意义。MX浓度和OTM值的变化趋势一致。结论:①常规给水处理过程中的两次加氯消毒工艺和沉淀工艺是影响MX、TOC浓度和DNA损伤的重要环节;②饮用水经加氯消毒后可使氯化副产物MX的浓度、饮水有机提取物的致突变性和DNA损伤增加;长期饮用含氯化消毒副产物MX的自来水可增加致突变和致癌的潜在危害。

常规给水处理工艺对MX浓度和饮用水遗传毒性的影响

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