基于体外效应导向方法的污水综合毒性评估：与传统方法的比较及在环境监管中的应用潜力

推荐：为解决传统直接毒性评估(DTA)方法在废水处理厂(WWTP)排放监测中存在的伦理、成本和通量限制问题，研究人员采用体外效应导向方法(EBM)开展比较研究。通过13种生物检测终点评估12个WWTP不同处理工艺出水毒性，发现初级处理废水对细菌毒性和内分泌干扰活性最高，三级处理可显著降低遗传毒性。该研究为建立更敏感、高效的监管检测体系提供了科学依据。

　　

随着城市化进程加速，废水处理厂(WWTP)排放物中含有的复杂化学混合物对水生生态系统构成潜在威胁。传统监测主要依赖针对少数优先污染物的化学分析，但这种方法无法评估未知污染物和混合物效应。目前广泛采用的直接毒性评估(DTA)虽然能反映综合毒性，但其依赖活体生物测试存在伦理争议、物种特异性强、检测通量低等局限。更关键的是，常规DTA仅关注死亡率、生长等有限终点，难以全面评估污染物对生态系统的多维影响。

针对这些挑战，澳大利亚格里菲斯大学等机构的研究团队在《Science of The Total Environment》发表研究，系统比较了体外效应导向方法与传统DTA在废水毒性评估中的应用。研究创新性地采用8种生物检测(覆盖13个毒性终点)，包括细菌发光抑制(BLT-Screen)、鱼类细胞毒性(RTgill W1)、人胚肾细胞毒性(HEK293)、微核形成(HiTMiN)、芳烃受体激活(AhR-CAFLUX)、藻类光合抑制(IPAM)以及雌激素受体(ERα)、孕激素受体(PR)和糖皮质激素受体(GR)的GeneBLAzer检测，对12个采用不同处理工艺的WWTP出水进行了为期10个月的跟踪监测。

关键技术方法包括：(1)采集澳大利亚东海岸12个WWTP(涵盖初级、二级和三级处理工艺)的出水样本；(2)采用全水样和固相萃取(SPE)两种前处理方法；(3)应用8种生物检测评估13个毒性终点；(4)通过冰山模型分析已知化学物质对毒性的贡献率；(5)与传统DTA方法(海胆受精试验和溞类急性毒性试验)进行相关性分析。

研究结果揭示：

1. 芳烃受体活性：全水样检测发现普遍存在AhR激活，但存在基质干扰问题。三级处理(特别是臭氧+UV+氯组合消毒)出水的二恶英当量(TCDDEQ)活性最低。

2. 细菌毒性：初级处理出水对BLT-Screen的毒性最强(TU₂₀
   最高)，超过生态效应阈值(ecoEBT)5-10倍。消毒工艺(特别是氯消毒)可能产生具有微生物毒性的副产物。

3. 藻类效应：2小时IPAM检测在8个WWTP中检出光合抑制效应，其中WWTP F某批次样品活性超ecoEBT近200倍。24小时IPAM则普遍显示10-25%的光合作用增强，反映营养盐的促生长作用抵消了除草剂毒性。

4. 遗传毒性：初级处理出水和采用组合消毒工艺的出水在HiTMiN检测中诱导微核形成最显著，可能与消毒副产物(DBPs)和重金属有关。

5. 内分泌干扰：ERα检测显示初级处理出水的雌激素当量(EEQ)最高(达103.9 ng/L)，而三级处理可去除90%以上活性。未检出糖皮质激素活性，但部分样品显示抗糖皮质激素效应。

6. 传统DTA对比：海胆受精试验(SUFT)与ERα检测呈现强相关性(R²
   =0.692)，且ERα检测灵敏度比SUFT高17倍。

研究结论指出，由BLT-Screen、IPAM(2h/24h)、HiTMiN和ER-GeneBLAzer组成的检测组合能全面评估废水排放的生态风险，涵盖细菌毒性、初级生产力、遗传毒性和内分泌干扰等关键终点。该研究为建立更高效、经济的废水监管体系提供了科学依据，建议将体外效应导向方法作为传统DTA的补充纳入常规监测。特别值得注意的是，全水样检测能捕获无机污染物的贡献，而SPE浓缩则提高对有机污染物的检测灵敏度，两种前处理方法各具优势。未来研究应着重解决AhR检测中的基质干扰问题，并建立更多毒性终点与生态系统效应的定量关系。