腺苷三磷酸结合盒转运蛋白活性导向的市政污水生物处理工艺毒性削减能力评价和特征致毒物质识别

日益提升的环境生态和人体健康理念对市政污水处理厂综合毒性减排提出了挑战,其中特征毒害污染物的识别是出水安全性评估的难点.腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC转运蛋白)是生物细胞中有毒物质的外排泵,在细胞外源性防御系统中扮演关键角色,但关于污水中ABC转运蛋白抑制剂类污染物的认知仍十分有限.本研究应用ABC转运蛋白活性导向的效应导向分析方法,对长江流域33个采用不同污水处理主体工艺的市政污水厂的进出水开展了毒性评价和关键致毒物质筛查研究.结果表明,大部分市政进水具有转运蛋白抑制效应,但绝大多数市政出水不具有抑制效应.对于工艺脱毒能力,厌氧-缺氧-好氧(A2O)、改良氧化沟和改良序批式反应器(SBR)稳定削减了大部分ABC转运蛋白抑制效应,多级串联A2o及其与膜生物反应器(MBR)的组合将整体工艺脱毒率提升至100％,但厌氧-好氧工艺(AO)和倒置A22O的工艺脱毒率不佳.A2O处理后主要生成低极性低毒小分子化合物,而倒置A2O工艺处理后生成以中低极性化合物为主的有毒副产物.对武汉、南京和上海的代表性市政进出水的非靶向分析共识别到1431种可疑化合物,药物类相对丰度最高(42.3％～46.5％),其次是农药、工业化学品和个人护理品.化工医药有机原料或中间体、激素、心血管药物和杀虫剂是与市政污水ABC转运蛋白抑制削减密切相关的关键物质类别.本研究可为全面评估长江流域污水处理厂的出水水质提供基础毒理学信息,并为污水处理厂毒性减排工艺设计和新污染物风险管控提供理论指导.