朱英，胡双庆，沈根祥,*，张洪昌，杨灿

1. 上海市环境科学研究院，上海 200233 2. 华东理工大学，上海 200237

随着人们防病意识的增强，越来越多的家用消毒剂用于人们的生活，其品种繁多、用量非常大，虽然大部分地区家用消毒剂会随着生活污水进入城镇污水处理厂，经过处理后再排放到受纳水体中，但也有部分环境基础设施较差的地方，会将家用消毒剂连同生活污水直排进入周边河道，对水生生物的生长、发育和繁殖构成危害，破坏水生生态系统平衡，且对人体健康具有潜在威胁。有研究表明，常见的氯酚类家用消毒剂对氯间二甲苯酚、三氯生、三氯卡班等，难以采用常规污水处理方式完全去除，出水仍然可以被检出，赵高峰等[1]对北京某污水处理厂调查中发现水样中三氯卡班的去除率为73.8%；Yu等[2]在美国马里兰州巴尔的摩一家污水处理厂的进出水调查中发现对氯间二甲苯酚去除率为80%，三氯生去除率为69%；此外，Zhao等[3]研究发现，我国珠江、海河、辽河等地表水中三氯生和三氯卡班的浓度高达478 ng·L-1和338 ng·L-1。而次氯酸钠等含氯消毒剂与水中存在的有机物发生反应可产生三氯甲烷等有毒有害的副产物，李雪春等[4]研究发现，贵州省市政水厂出水中三氯甲烷检出浓度为0.1 μg·L-1～96.3 μg·L-1；刘伟等[5]研究发现长江断面中三氯甲烷浓度为2.56 μg·L-1。在众多家用消毒剂中，含氯消毒剂(如次氯酸钠)和氯酚类消毒剂(如对氯间二甲苯酚)目前应用最为广泛，对水生生物具有一定的毒性作用[6-9]，排入水环境后会对水生生态系统造成潜在的风险。

目前，尚缺乏对水生生物保护的安全效应阈值或风险值。生态效应安全阈值的计算方法多采用物种敏感度分布(species sensitivity distribution，SSD) 曲线方法，该方法是基于不同物种对同一污染物敏感性的差异，以多个有代表性敏感物种的急性或慢性毒性数据为基础，构建统计分布模型来评估环境浓度下污染物对生态系统的风险[10-11]。该方法常被用于生态风险评估的效应评估和水质基准推导。20世纪70年代末，美国环境保护署(US EPA)首次提出将SSD方法用于水质基准制定[12]，随后SSD方法在欧洲各国也得到广泛的应用[13-14]。近年来国内也逐渐开始将SSD方法应用于重金属、农药、抗生素等污染物环境水质基准推导和生态风险评估中，赵佳懿等[15]应用SSD法评估九龙江口水体7种重金属的生态风险；肖鹏飞等[16]采用SSD法开展了毒死蜱对稻田生态系统生态风险评价研究；汪涛等[17]应用SSD法开展了地表水中磺胺类抗生素的生态风险评价。随着SSD法在我国各研究领域的不断应用和发展，一些问题也逐渐呈现出来，如我国目前SSD曲线拟合所需数据通常借鉴国外数据库或文献报道的毒性数据[18-20]，而很少源于实验室毒性试验实测数据，考虑到国内外物种分布地域性差异，因此相关风险评估结果对本地的适用性还有待进一步探讨[21]。

为了探讨典型家用消毒剂的急性生态效应阈值，本研究根据水生态系统的结构特征，选择了8种不同营养级水平的水生生物作为受试生物，同时选取了2种典型家用消毒剂(有效成分分别为对氯间二甲苯酚和次氯酸钠)为目标物，开展了这2种目标物对8种水生生物的急性毒性效应研究，并根据毒性测试结果构建 SSD 曲线，推导相应的急性预测无效应浓度(predicted no effect concentration，PNEC)，以期为我国短期淡水生态基准的制定和水环境风险管理提供科学依据。

1 实验材料与方法(Materials and methods)

1.1 2种消毒剂有效成分测定的材料与方法

本研究选取了2种典型家用消毒剂作为目标物，分别为消毒剂A(有效成分为对氯间二甲苯酚)和消毒剂B(有效成分为次氯酸钠)，从本市大型超市购得。对氯间二甲苯酚标准品(纯度99.0%)购自上海安谱实验科技股份有限公司；次氯酸钠标准溶液(0.1000 mol·L-1)购自天津市光复精细化工研究所。硫代硫酸钠标准滴定溶液(0.1004 mol·L-1)、碘化钾(分析纯)、盐酸(分析纯)、甲醇(色谱纯)等均购自国药集团化学试剂有限公司。

参考张向兵等[22]的方法，消毒剂A的测定采用Waters Alliance 2695高效液相色谱仪建立的HPLC分析法，准确称取对氯间二甲苯酚标品，采用甲醇作溶剂，配制了浓度为92.03 mg·L-1的标准溶液，并逐步稀释得到浓度为30.68、10.23、3.41和1.14 mg·L-1的标准溶液，具体色谱条件见表1，建立HPLC分析方法后，称取1 g消毒剂A加入至1 L曝气自来水中，搅拌15 min，配制成浓度为1 000 mg·L-1的溶液，取样测定分析有效成分对氯间二甲苯酚实际浓度；消毒剂B采用GB 19106—2013“次氯酸钠”中的碘量法测定，称取消毒剂B样品10 g，置于内装20 mL水并已称量的100 mL烧杯中，称量然后全部移入100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀待用，吸取容量瓶中的试样10 mL，置于内装50 mL水的250 mL碘量瓶中，加4 mL盐酸溶液，迅速加入10 mL碘化钾溶液盖紧瓶塞后加水封，于暗处静置5 min后，用硫代硫酸钠标准滴定溶液滴定至浅黄色，加入2 mL淀粉溶液继续滴定，至蓝色消失即为终点，具体见表1。

1.2 水生生物毒性实验的材料与测试方法

为了表征一个完整的水生态系统结构特征，本研究选取了8种国标推荐水生模式生物或本土生物作为受试生物，其中浮游植物3种、浮游动物1种、鱼类3种，底栖生物1种，基本包括了整个淡水生态系统的不同营养级水平，可一定程度上表征一个良性完整的生态系统[23]。

表1 实验材料与方法Table 1 Test materials and methods

水生生物在实验开始前进行驯养，且与实验条件一致。藻类和溞类引入实验室后，在实验室中进行长期保种培养，并在实验开始前7～10 d进行驯养，其中藻类的驯养条件为温度(23±2) ℃，连续均匀光照，光质为冷白荧光灯灯光，光谱范围为400～700 nm，光强为 4 440～5 550 lux，且早晚人工摇动各一次；母溞驯养条件为水温19～21C，溶解氧大于3.0 mg·L-1，光暗比为 8 h：16 h，光照强度为1 000～1 500 lux，选取溞龄不超过24 h的非头胎幼溞进行暴露实验；鱼类和环棱螺实验前驯养12 d，驯养条件为水温22 ～ 24 ℃，光暗比为 12 h：12 h，每天投食，实验开始前24 h终止。

藻类生长抑制试验采用静态方法；鱼类急性毒性试验、溞类急性活动抑制试验及底栖生物的急性毒性试验采用半静态方法，48 h更新试验溶液，实验用水为曝气自来水，其水质参数pH为7.0～8.5，溶解氧为7.5～9.0 mg·L-1，硬度为150～250 mg·L-1(以CaCO3计)。具体的物种来源和毒性测试方法见表2。

1.3 数据处理1.3.1 消毒剂B碘量法测定结果计算

有效氯含量X=c·V·0.03545/(m·10/100)

式中：X—以质量百分含量表示；c—硫代硫酸钠标准滴定溶液的实际浓度，mol·L-1；V—硫代硫酸钠标准滴定溶液的用量，mL；m—试样的质量，g。

1.3.2 水生生物急性毒性实验数据

采用SPSS 16.0软件计算其LC50值和EC50值，获得所需的急性毒性数据结果。

1.3.3 SSD曲线构建及PNEC推导

本研究采用荷兰国家公共卫生和环境研究院(RIVM)开发的软件 ETX 2.0 程序[28]建立SSD曲线，计算HC5值，即保护95%的物种不受影响时所对应的污染物浓度[29]，同时对毒性数据进行对数-正态分布检验拟合，采用A-D拟合优度检验(Anderson-Darling goodness of fit test)，判断其合理性，根据HC5值，结合评价因子法，即HC5/ AF，AF推荐值为1～5[30-32]，本研究为保守评估风险阈值大小选用其中最大值5，推导出PNEC。

2 结果与讨论(Results and discussion)

2.1 2种消毒剂的有效成分测定

本研究建立了消毒剂A的有效成分对氯间二甲苯酚HPLC检测方法，标准曲线方程为y = 25436.55159x，R2= 0.99997，线性范围1.14 mg·L-1～90.3 mg·L-1。配制成浓度为1 000 mg·L-1的消毒剂A溶液，取样测定分析有效成分对氯间二甲苯酚实际浓度，结果见表3，对于消毒剂A样品对氯间二甲苯酚理论浓度为25 mg·L-1，其平均实测浓度为25.43 mg·L-1，即其实际测定含量为2.54%。消毒剂B的有效成分为次氯酸钠，采用碘量法测定，有效氯含量为1.48%，见表4。综上，如表5所示，2种消毒剂的测定结果表明其实际测定结果与厂家标识基本一致。

2.2 2种消毒剂对不同水生生物的毒性效应

开展风险阈值研究，受试生物物种应至少涵盖生

表2 急性毒性实验材料与测试方法Table 2 Materials and methods of acute toxicity test

态系统的3个营养级(如藻类、无脊椎动物、脊椎动物)，物种的毒性数据一般不少于5个[33]。因此本研究对2种典型消毒剂分别开展了浮游藻类、浮游动物、鱼类及底栖动物共计8种不同淡水水生物种的毒性实验。不同急性毒性实验暴露时间及毒性终点表示分别为藻类72 h-EC50、溞类48 h-EC50、鱼类和螺类96 h-LC50，分析2种消毒剂对水生生物的毒性效应。

2种消毒剂对8种水生生物的急性毒性实验结果见表6，总体上来看，随着暴露时间的延长，受试生物的死亡率或抑制率成增长趋势，消毒剂B对8种水生生物的LC50或EC50值变化范围较宽，其最终毒性结果LC50或EC50值变化范围为7.86 mg·L-1～387.65 mg·L-1。从毒性危害来看，消毒剂A对近头状伪蹄形藻、斜生栅藻72 h-EC50和稀有鮈鲫96 h-LC50处于10 mg·L-1～100 mg·L-1之间，根据生态毒理学危害性分级标准[34]，属于中危害水平，其余5种水生生物96 h-LC50或EC50均>100 mg·L-1，属于低危害水平；消毒剂B对对近头状伪蹄形藻、斜生栅藻的72 h-EC50在1 mg·L-1～10 mg·L-1之间，为高危害水平，且除对方形环棱螺的毒性等级为低危害水平外，对于其余5种生物的毒性等级为中危害水平。除底栖动物环棱螺外，消毒剂B对藻类、溞类和鱼类的急性毒性均高于消毒剂A。根据美国毒理学数据网(TOXNET)中HSDB数据库毒性数据，对氯间二甲苯酚对大型溞的48 h-EC50为7.7 mg·L-1，对虹鳟鱼和蓝鳃鱼96 h-LC50分别为0.76 mg·L-1和1.6 mg·L-1，与本实验结果中消毒剂A有效成分对氯间二甲苯酚对大型溞和3种鱼的结果相当(对大型溞的48 h-EC50为2.28 mg·L-1，对斑马鱼、日本青鳉及稀有鮈鲫的96 h-LC50分别为3.19、3.15、2.09 mg·L-1)，且危害级别均处于高危害水平；Ebenezer等[35]的研究表明，次氯酸钠对多环旋沟藻(Cochlodinium polykrikoides)72 h-EC50为0.58 mg·L-1，美国EPA发布的生态毒性数据库( ECOTOX database)数据显示，次氯酸钠对蓝鳃鱼(Lepomis macrochirus)96 h-LC50为0.39 mg·L-1，虹鳟鱼(Oncorhynchus mykiss)96 h-LC50为0.38 mg·L-1，黑头软口鲦(Pimephales promelas)96 h-LC50为0.3 mg·L-1，与本实验结果消毒剂B有效成分次氯酸钠对3种藻类的72 h-EC50(近头状伪蹄形藻：0.12 mg·L-1，蛋白核小球藻：0.32 mg ·L-1，斜生栅藻：0.12 mg·L-1)和3种鱼类96 h-LC50(斑马鱼：1.1 mg·L-1，日本青鳉：0.65 mg·L-1，稀

表3 消毒剂A有效成分对氯间二甲苯酚测定结果Table 3 The measured concentration result of PCMX

表4 消毒剂B有效成分次氯酸钠测定结果Table 4 The effective chlorine content of sodium hypochlorite

表5 2种消毒剂有效成分实际含量测定结果Table 5 Actual content determination results of two disinfectants

有鮈鲫：0.33 mg·L-1)相当，次氯酸钠对几种不同藻种和鱼类的危害级别也均处于高危害水平。从物种类别来看，鱼类中稀有鮈鲫为我国本土种，其对2种消毒剂的敏感性高于其他2种鱼类。藻类中，2种消毒剂对3种藻类的毒性高低均为近头状伪蹄形藻>斜生栅藻>蛋白核小球藻。从物种敏感性来看，对消毒剂A和消毒剂B的最敏感物种均为近头状伪蹄形藻，其72 h-EC50分别为74.18 mg·L-1和7.86 mg·L-1。

2.3 2种消毒剂的急性生态效应阈值研究

预测无效应浓度(PNEC)是进行风险污染物水生态安全管理的重要依据。一般对于慢性暴露情况下HC5值可直接作为长期暴露中的安全效应阈值[36]，而对于短期高剂量暴露情况下，则采用PNEC值作为急性生态效应阈值[37]。

基于上述研究得到的8种水生生物急性毒性实验结果(表6)，选取标准的急性毒性结果，即3种藻类生长抑制实验采用72 h-EC50数据、大型溞急性活动抑制实验采用48 h-EC50数据、3种鱼类和1种螺类的急性毒性实验采用96 h-LC50数据用于2种消毒剂的SSD 曲线拟合，SSD拟合结果和HCx见图1、图2和

表6 2种消毒剂对8种水生生物的毒性实验结果Table 6 The toxicity test results for two disinfectants to eight aquatic organism species

注： LC50表示半数致死浓度；EC50表示半数效应浓度。

Note: LC50means 50% of lethal concerntration; EC50means 50% of effective concerntration.

表7。对2种消毒剂的毒性数据进行了A-D拟合优度检验，A-D 检验统计值均低于0.05水平的临界值0.752，符合正态分布，说明SSD法的分布模型适用。

根据SSD 曲线计算HC5，再结合评价因子法推导出了2种消毒剂的急性生态效应阈值PNEC，见表7，2种消毒剂的PNEC值分别为13.16 mg·L-1和0.71 mg·L-1。2种消毒剂相应的有效成分对氯间二甲苯酚和次氯酸钠的PNEC通过实际有效成分含量转换，分别为0.33 mg·L-1和0.01 mg·L-1。消毒剂A及其有效成分对淡水生物的PNEC比消毒剂B的PNEC大了一个数量级，表明相较于消毒剂B，消毒剂A对水生态环境更为友好。

图1 消毒剂A的急性SSD曲线Fig. 1 SSD curve of disinfectant A

近年来，我国水污染事件频频发生，因此保护水生生态系统和水生生物免受突发性水污染事件中高浓度污染物短期内急性毒性危害逐渐受到人们的关注[37-38]，本研究中2种消毒剂及有效成分的急性生态效应阈值研究方法和结果可为保护水生生物急性毒性基准的制订提供科学依据。由于本研究只开展了8种水生生物的毒性测试，所获得的毒性数据还相对较少，需进一步选择更多的水生生物，特别是本土水生生物进行毒性测试，以获得更多的毒性数据，推导这2种典型家用消毒剂更可靠的急性PNEC。

图2 消毒剂B的急性SSD曲线Fig. 2 SSD curve of disinfectant B

名称NameHC5PNEC消毒剂产品/(mg·L-1)Disinfectant/(mg·L-1)有效成分/(mg·L-1)Active component/(mg·L-1)A-D正态分布检验A-D test for normality消毒剂产品/(mg·L-1)Disinfectant/(mg·L-1)有效成分/(mg·L-1)Active component/(mg·L-1)消毒剂A Disinfectant A65.781.670.33513.160.33消毒剂B Disinfectant B3.540.050.4230.710.01