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煤层气产出水对生物的毒性效应实验研究

钱斌  
【摘要】:近十年来,我国煤层气进入商业开发阶段,开采规模和强度迅速增大,开采过程中产出水的环境效应及水资源保护已成为煤层气开发所关注的重要问题之一。本文以沁水盆地柿庄南区块为研究区域,对煤层气产出水的水质进行了测试和评价;用模拟配水进行蚕豆根尖微核实验,探讨了煤层气产出水对生物遗传物质的损伤,并开展了煤层气产出水对鲫鱼的急性和亚急性毒性实验,探讨了煤层气产出水对鲫鱼生长和抗氧化酶的影响,得到以下结论:(1)研究区内煤层气田产出水水质特点为高矿化度、高盐度,水样中微量元素氟化物、总铁和总锰含量超标。返排阶段煤层气产出水总盐量在4125.4~4965.1mg/L之间,其水化学类型为Cl~Na型,有机物含量高;生产阶段煤层气产出水总盐量在687.1~1613.7mg/L之间,其水化学类型主要为HCO3~Na型,部分为HCO3-Cl~Na型,氟化物、铁、锰以及氨氮含量超标。(2)蚕豆根尖微核实验表明,返排阶段煤层气产出水中有毒、致突变因子含量较多,主要为表面活性剂和杀菌剂,可能损害生物的细胞遗传机制;生产阶段煤层气产出水中的有毒、致突变因子的含量较少,主要是铁、锰、铅和常规的无机离子,对生物的细胞遗传机能不会造成很大的影响。(3)进行了返排阶段煤层气产出水对鲫鱼的急性毒性实验,由改良寇氏法计算得到的24h LC50、48h LC50、72h LC50和96h LC50分别为0.234%、0.222%、0.211%和0.207%,安全浓度为0.021%;由概率单位法计算得到24h LC50、48h LC50、72h LC50和96h LC50分别为0.236%、0.220%、0.208%和0.203%,安全浓度为0.020%。短期暴露24h后鲫鱼鳃组织中,超氧化物歧化酶(SOD)活性在0.164%浓度下被显著抑制,其它组的SOD活性均受到显著诱导,过氧化氢酶(CAT)活性均受到显著的抑制作用,过氧化物酶(POD)活性受到不同程度的诱导或抑制作用。在肝组织中,不同浓度下的SOD活性受到不同程度的诱导作用,CAT活性和POD活性被不同程度的诱导或抑制。(4)生产阶段煤层气产出水对鲫鱼的生长有不同程度的抑制作用,而高浓度和低浓度的产出水在抑制鲫鱼生长上没有显著的差异。在鲫鱼的鳃组织中,两个处理组的SOD的活力呈先下降后上升的变化趋势,被显著诱导或抑制;半浓度组的CAT活性变化趋势呈先上升后下降,而全浓度组的CAT活性呈现上下波动,两个处理组的CAT活性受到不同程度的诱导或抑制作用;全浓度组的POD活性在整个试验周期内均被抑制,半浓度组的POD活性呈现下降的变化趋势,POD活性先受到诱导作用再受到抑制作用。在鲫鱼的肝组织中,全浓度组SOD活性呈现先上升后下降再上升的变化趋势,而半浓度组的SOD活性呈现先降后升的变化趋势,两个处理组的SOD活性被显著诱导或抑制;CAT活性呈现下降的趋,在整个实验周期,两个处理组的CAT活性均被显著抑制;半浓度组和全浓度组的POD活性呈现先上升后下降再上升的趋势,POD活性受到不同程度的诱导或抑制作用。上述研究结果表明,煤层气产出水中主要含有氟化物、铁、锰和有毒有害的有机物等污染组分,若不经处理外排将对周边的土壤、地表水体和地下水构成污染威胁,同时将对污染区域内的生物造成威胁。


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