四溴双酚A（TBBPA）是全球产量和使用量最大的溴化阻燃剂之一，主要用作塑料制品添加剂。由于具有多种急性、慢性生物毒性，TBBPA对生态环境和人类健康构成危胁。目前，针对TBBPA的研究大部分局限于对其本身的去除，而对降解过程中水样的毒性评价相对较少，且往往采用单一的急性毒性检测方法，缺乏慢性、遗传毒性等综合研究，难以全面评估降解技术的脱毒减害效果。潜在生态毒性效应指数（PEEP）可结合不同类型（急性、慢性、遗传等）的毒性检测结果，能够较全面评价废水的毒害效应。目前，美国、加拿大、法国等国家均已将PEEP法应用于对城镇污水、工业废水等不同类型的水质毒性评价中。

近年来，新型、环保、高效水处理氧化药剂高铁酸盐受到越来越多专家和学者的青睐，广泛应用于微生物、无机污染物、有机难降解污染物、实际废水等处理中，具有处理效果良好、无消毒副产物风险等优点。因此，笔者对高铁酸盐氧化法降解TBBPA过程中水样的多种毒性（急性、慢性和遗传毒性）进行评价，并利用PEEP对综合生物毒性进行分析，探索其对生物毒性的控制效果。

1、材料与方法

1.1 实验药品与仪器

本研究所用化学药品主要包括优级纯的高铁酸钾、TBBPA、酵母提取物、胰蛋白胨、组氨酸、生物素以及分析纯的盐酸羟胺、柠檬酸、葡萄糖等试剂。生物药品主要包括发光细菌冻干粉和鼠伤寒沙门氏菌（TA100菌株），所需大型蚤由其他实验室引种并培养、驯化所得。

本研究所用仪器设备主要包括AcquityHClass超高效液相色谱（UPLC，美国Waters）、DeltaTox毒性检测仪（美国SDIX）、气相色谱-质谱联用仪（Agilent7890A/GC-5975CMS）、荧光显微镜（日本奥林巴斯）、超纯水净化系统（美国Milli-Q）等。

1.2 实验方法

反应开始前，用超纯水将TBBPA固体粉末充分溶解配制成0.28µmol/L溶液。反应在1000mL锥形瓶中进行，锥形瓶放入水浴恒温振荡器充分搅拌，同时采取一定的避光措施。反应开始时，将一定高铁酸钾粉末投加至TBBPA溶液反应瓶并迅速搅拌均匀。每隔一定时间取出20mL水样，用盐酸羟胺（10µL，0.1mol/L）终止反应，将水样离心后取上清液进行后续检测。

1.3 分析方法

水样的急性毒性采用发光细菌法（GB/T15441—1995），利用毒性检测仪测定发光细菌的发光度（X），经计算得到水样对发光细菌的半效应浓度（EC50）；慢性毒性参考OECD大型蚤21d慢性毒性测试标准方法，获得水样对大型蚤死亡率的最大无效应浓度（NOEC）；急性和慢性毒性均转化成毒性当量（TU）进行分析。遗传毒性采用平板掺入法（GB15193.4—1994）的Ames实验，获得处理水样和对照组（未处理水样）的平均回变菌落数，两者比值即为致突变比（MR）。美国废水排放毒性标准要求急性毒性

反应过程中水样的TBBPA浓度经UPLC检测，采用WatersBEHC18色谱柱（1.7µm×100mm）、AcquityUPLCTUV检测器，流动相为V/V=70/30的甲醇与水，进样量、流速、柱温及检测波长分别为1µL、0.5mL/min、30℃、210nm。

综合生物毒性评价采用PEEP法，如下所示：

式中：TUi为已获得的毒性当量；N为参与评价的生物毒性指标数；n为阳性结果测定数；Q为计算小时排水量。废水风险评估的PEEP分级标准为：当PEEP≤1.99时，无毒；当2≤PEEP≤2.99时，微毒；当3≤PEEP≤3.99时，中毒；当4≤PEEP≤4.99时，高毒；当PEEP≥5时，剧毒。

2、结果与讨论

2.1 高铁酸盐氧化法对TBBPA的降解效果

考察Fe（Ⅵ）/TBBPA、pH和温度对高铁酸盐氧化法降解TBBPA效果的影响，结果见图1。

由图1（a）可知，高铁酸盐氧化法可高效降解水中TBBPA。当Fe（Ⅵ）/TBBPA从1∶1升高至3∶1时，经60min接触氧化，TBBPA降解率从58.69%增加至92.36%；当Fe（Ⅵ）/TBBPA为4∶1时，30min内即可实现TBBPA的完全去除；而当Fe（Ⅵ）/TBBPA继续升高至5∶1时，TBBPA被完全降解所需时间大幅缩减至10min，可见增大氧化剂投加量可有效提高高铁酸盐氧化法对TBBPA的降解效能。本研究选取Fe（Ⅵ）/TBBPA为4∶1，作为后续影响因素和生物毒性控制研究的氧化剂投加量。

由图1（b）可知，高铁酸盐氧化法在较宽的初始溶液pH范围（6.0~9.0）内均可保持良好的TBBPA降解效果，去除率在86.97%以上。当反应体系的pH从5.0升高至9.0时，TBBPA的降解呈先升高后降低的趋势，较优的pH为7.0和8.0，分别在30和20min时实现TBBPA的完全降解。同时，由图1（c）可知，当温度从10℃升高至25℃时，高铁酸盐对TBBPA的降解率从72.12%升高至100%；较优的温度范围为25~30℃，TBBPA完全被降解且所需时间由30min降至20min；当温度继续升高至40℃甚至50℃时，高铁酸盐对TBBPA的降解效果减弱。

溶液初始pH和温度影响结果表明，高铁酸盐氧化法在合适的环境中可发挥较优的降解效能，这与其他研究结果类似。从高铁酸盐分子结构可知，其在水溶液中为三质子酸（pK1=1.6、pK2=3.5、pK3=7.23），在溶液初始pH分别为3.5~7.23和>7.23范围内，高铁酸盐主要以HFeO4-和FeO42-形式存在，两者的氧化能力均高于质子形态高铁酸盐，有利于TBBPA的氧化降解；但在较高pH溶液中，TBBPA（pK1=7.5，pK2=8.5）主要以TBBPA-、TBBPA2-这种电负性较强的盐形式存在，不利于高铁酸盐氧化法降解TBBPA。另外，当溶液温度较低时，高铁酸盐与TBBPA之间的有效碰撞次数较少，反应不完全；而当温度较高时，高铁酸盐在溶液中的自分解反应加快，对接触氧化反应不利。

2.2 急性毒性评价

考察Fe（Ⅵ）/TBBPA、pH和温度对反应过程中水样急性毒性的影响，结果见图2。

反应开始前水样的急性毒性当量为0.5TU，TBBPA本身的急性毒性较低。由图2可知，高铁酸盐氧化法可有效控制水样的急性毒性，当Fe（Ⅵ）/TBBPA从1∶1升高至4∶1时，反应结束后水样的急性毒性从0.26TU降至0.06TU；当Fe（Ⅵ）/TBBPA继续升高至5∶1时，急性毒性为0.02TU，控制率高达96%，并且均满足美国废水排放急性毒性标准（<0.3TU）。

与高铁酸盐氧化法降解TBBPA的规律相似，随着pH和温度升高，水样的急性毒性控制效果也呈先增强后减弱的趋势，最佳急性毒性控制效果所需pH和温度分别为8.0和25℃，此时水样的急性毒性当量分别为0.05和0.08TU，满足排放标准。

2.3 慢性毒性评价

考察Fe（Ⅵ）/TBBPA、pH和温度对反应过程中水样慢性毒性的影响，结果见图3。

TBBPA具有较高的慢性毒性，毒性当量高达41.7TU。由图3可知，高铁酸盐氧化法对反应过程中水样的慢性毒性控制效果较急性毒性略差。当Fe（Ⅵ）/TBBPA从1∶1升高至3∶1时，反应结束后水样的慢性毒性从19.23TU降低至5.32TU，未达到美国废水排放慢性毒性标准（TBBPA至4∶1和5∶1时，处理后水样的慢性毒性当量下降至0.95和0.28TU，控制率分别为97.72%和99.33%，且均满足废水排放要求。

高铁酸盐氧化法在较优的初始溶液pH（8.0）条件下可将水样的慢性毒性控制到0.23TU，控制率高达99.45%，满足美国废水排放慢性毒性标准；而当其在较优温度（25℃）条件下时，慢性毒性当量仍有0.95TU，虽已达标但仍有轻微的慢性毒性风险。分析原因可知，TBBPA本身急性毒性较低，相对于慢性毒性可忽略不计，在TBBPA降解过程中生成的有机中间产物也可能具有较高的慢性毒性。前期研究结果表明，高铁酸盐氧化法在降解TBBPA过程中生成的三溴双酚A、二溴苯酚类物质、叔丁基苯等中间产物的LD50（大鼠，经口）分别为2000、282、2600mg/kg，需将这些中间产物进一步降解才可完全控制水样的慢性毒性，可以通过提高Fe（Ⅵ）/TBBPA、延长高铁酸盐接触时间等方法来实现。

2.4 遗传毒性评价

考察Fe（Ⅵ）/TBBPA、pH和温度对高铁酸盐氧化法降解TBBPA过程中水样遗传毒性的影响，结果见图4。经遗传毒性实验，阳性对照组的平均回变菌落数为1000+。由图4（a）可知，实验组TA100菌株的回变菌落数范围为（111±18）~（193±18）个，且相对于空白组[未接种水样，（160±12）个]，实验组的回变菌落数均无明显增多，表明水样存在较低的遗传毒性风险。以不同Fe（Ⅵ）/TBBPA（1∶1~5∶1）条件为例，进一步计算水样的MR。由图4（b）可知，MR为0.35~1.20，均低于2，说明高铁酸盐氧化法降解TBBPA后水样不具有致突变性。

2.5 综合生物毒性评价

基于急性、慢性和遗传毒性的评价结果，进一步计算不同反应条件下水样的综合生物毒性，结果见图5。

经计算，原水初始综合毒性PEEP为2.24，属于微毒性。当Fe（Ⅵ）/TBBPA从1∶1升高至3∶1时，PEEP从2.09降低至1.96，处理后水样毒性得到有效控制；当Fe（Ⅵ）/TBBPA增加至4∶1和5∶1时，PEEP降至1.02和0.75，出水均安全无毒性风险。

选取Fe（Ⅵ）/TBBPA为4∶1对反应体系在不同pH和温度条件下的PEEP进行计算，结果表明，高铁酸盐氧化法在降解TBBPA过程中对环境具有较强的适应性，在较宽的pH（5.0~9.0）和温度（20~30℃）条件下均可有效控制废水的综合生物毒性，处理后出水PEEP均在2.0以下，无毒性风险。

3、结论

①高铁酸盐氧化法可以有效降解水中的TBBPA，当Fe（Ⅵ）/TBBPA为4∶1、pH为7.0、温度为25℃时，0.28µmol/L的TBBPA可被完全去除。

②TBBPA本身具有较低的急性毒性（0.5TU）、较高的慢性毒性（41.7TU），而其遗传毒性风险也较低。高铁酸盐氧化法在降解TBBPA过程中可有效控制水样的各项生物毒性，且随着Fe（Ⅵ）/TBBPA的增加，高铁酸盐氧化法对反应过程中的急性、慢性毒性控制得更快，控制效果更显著。

③当Fe（Ⅵ）/TBBPA为4∶1时，反应后水样的急性、慢性毒性分别为0.06、0.95TU，均达到美国废水排放毒性标准；且处理后水样MR为0.35~1.20，无遗传毒性风险。

④综合生物毒性评价结果表明，TBBPA本身属微毒性，在较低高铁酸盐浓度[Fe（Ⅵ）/TBBPA为4∶1]时，即可将PEEP降至1.02，处理后水样的毒性得到有效控制；且高铁酸盐氧化法在较宽的pH（5.0~9.0）和温度（20~30℃）范围内，均使PEEP降至2.0以下，处理出水均安全无毒性风险，表现出较强的适应性。