废电池浸出液对水生生物的毒理效应研究

摘要

随着人们生活水平的提高，电池的使用量逐年增加，但我国还没有建立起相应的废电池回收处理机制，人们随意丢弃废电池的现象十分普遍。废电池中含有多种重金属和废酸废碱等对人和环境不利的物质，丢弃后这些物质会缓慢溶出进入环境，并通过食物链在生物体内富集，最终进入人体引起各种疾病甚至产生遗传毒性。本文主要开展了三个方面的研究：（1）废电池中主要重金属溶出试验；（2）废电池浸出液对不同受试生物的急性毒性效应实验；（3）废电池浸出液对鲫鱼红细胞DNA损伤的研究。从废电池中重金属的溶出速率、对不同受试生物的急性毒性效应及其对鲫鱼的DNA损伤三个角度探讨了废电池对生物的急性毒性效应和遗传毒性效应，主要的研究结果如下： （1）海水中废电池内溶出的重金属含量随时间的变化 废电池型号为1号规格松下锌-二氧化锰电池（即普通的1号锌锰电池）随着废电池在海水中浸泡时间的增加，海水中主要重金属含量一直在增加，其中Zn的含量最高，Cu次之，第7个月时，海水中Zn的含量高达9710.18μg/L，Cu的含量也达到82.50μg/L，均超出海水水质标准（GB 3097-1997）的重金属限值，其中Zn的超标最严重，而其他四种重金属的含量相比之下均较小。 经过7个月的海水浸泡，废电池浸出液中主要重金属离子的溶出变化趋势基本上到了第6个月后就趋于稳定，溶出速率减慢。 废电池浸出液中Cu的溶出规律 海水中Cu浓度与浸泡时间的变化曲线为y = -3.9935x2 + 66.867x - 190.96（R2 = 0.981），随着浸泡时间的延长，海水中Cu浓度越来越高，但是增加的量却越来越少，溶出速率减慢。 废电池浸出液中Zn的溶出规律 海水中Zn浓度与浸泡时间的变化曲线为y = -298.25x2 + 4472.6x - 6978（R2 = 0.9966），随着浸泡时间的延长，海水中Zn浓度越来越高，而递增速率也逐渐减少，最后趋于一个比较稳定的水平，废电池中重金属Zn的含量在一定的浸泡时间后溶出速率减慢，但是由于本次实验采用的废电池是锌-二氧化锰电池，所以Zn在海水中总量很大，对海洋生态环境的影响也是很大的。 废电池浸出液中Pb的溶出规律 海水中 Pb浓度与浸泡时间的变化曲线为y = -1.1753x2 + 21.494x - 59.74（R2 = 0.9392），随着浸泡时间的延长，海水中Pb浓度越来越高，而递增速率也是在减少，最后趋于一个比较稳定的水平，废电池中重金属Pb的含量在一定的浸泡时间后溶出速率减慢。 废电池浸出液中Cd、Hg、As的溶出规律 海水中重金属Cd、Hg、As的浓度与浸泡时间的变化曲线分别为：y = -1.2825x2 + 16.841x -47.661（R2 = 0.9627）、y = -0.0446x2 + 0.6595x - 1.1975（R2 = 0.9992）、y = -0.3206x2 + 4.2933x - 10.634（R2 = 0.9189），随着浸泡时间的延长，海水中Cd、Hg、As浓度越来越高，而递增速率均逐渐减小，最后趋于一个比较稳定的水平，废电池中重金属Cd、Hg、As的含量在一定的浸泡时间后溶出速率减慢，虽然这三种重金属的毒性较大，但是实验采用锌-二氧化锰电池属于环保电池，汞砷等物质较少，因此在海水中的总量较少。 （2）废电池浸出液对多种水生生物的影响 研究了废电池浸出液对鱼类、虾类以及贝类等海洋生物的影响。结果表明：以废电池浸出液中Cu为指标，黑鲷的24hLC50、48hLC50、72hLC50、96hLC50分别为35.548μg/L、29.742μg/L、29.185μg/L、29.185μg/L；脊尾白虾的24hLC50、48hLC50、72hLC50、96hLC50分别为79.070μg/L、33.399μg/L、30.205μg/L、27.418μg/L；缢蛏的24hLC50、48hLC50、72hLC50、96hLC50分别为367.347μg/L、173.378μg/L、63.970μg/L、37.916μg/L。以废电池浸出液中Zn为指标，黑鲷的24hLC50、48hLC50、72hLC50、96hLC50分别为105.668μg/L、88.441μg/L、86.780μg/L、86.780μg/L；脊尾白虾的24hLC50、48hLC50、72hLC50、96hLC50分别为234.633μg/L、99.287μg/L、89.762μg/L、81.458μg/L；缢蛏的24hLC50、48hLC50、72hLC50、96hLC50分别为1097.3561μg/L、515.632μg/L、189.918μg/L、112.653μg/L。废电池浸出液对这三个类群的影响程度基本上是鱼类>虾类>贝类。 （3）废电池浸出液对鲫鱼红细胞DNA的损伤情况 试验采用自制废电池浸出液（废电池浸出液为45节1号松下废电池浸泡于40L自来水中90天得到，其中Cu的浓度为28.11μg/L，Zn的浓度为3755.61μg/L，Pb的浓度为11.70μg/L，Cd的浓度为2.01μg/L，Hg的浓度为0.77μg/L，As的浓度为2.02μg/L。），将废电池浸出液与自来水配成5％、10％、20％、30％的溶液进行试验。 剂量－效应试验结果表明：5％、10％、20％和30％的废电池浸出液均能在较短时间（48h）内引起鲫鱼红细胞DNA链断裂，出现拖尾现象，即彗星细胞；且随着时间的延长，彗星细胞的数量、彗尾长度和拖尾率均显著增加；DNA损伤程度，在小于2％的范围内，属于中度损伤，在2％～10％的范围内，属于高度损伤，而在大于10％的范围内，属于重度损伤，呈现明显的剂量－效应关系。 时间－效应试验结果表明：随着染毒时间的延长，彗星细胞数量增加明显，其中对照组、6h组与其余各组均有显著性差异（P<0.05），彗尾长度及拖尾率也有显著增加，2h内DNA损伤属于中度损伤，2h以后DNA损伤属于高度损伤，呈现明显的时间－效应关系。 （4）总结各试验结果可得：如果将废电池随意丢弃在自然水体中，其中所含的重金属和其他有毒有害物质会缓慢溶出进入水体，使水中的重金属含量升高，对水质产生不利影响，对水生生物产生常规毒性甚至遗传毒性，并最终通过食物链危害到人类的健康，因此合理处置废电池意义重大。 （5）目前关于废电池浸出液对水生生物的毒理和遗传毒性的研究尚未见到相关的研究报道。本研究的创新点在于把常规毒理学研究和分子遗传毒理结合起来，不仅研究了废电池中重金属的浸出行为、重金属对水生生物的急性毒性效应及其在水生生物体内的富集还从分子遗传毒理角度深入研究了废电池浸出液对水生生物的遗传毒性效应。初步的研究结果为今后的水域环境监测和保护提供了一些具有参考价值的数据，也为进一步开展此方向的研究做了一个铺垫。