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再生水可实现城市水资源高效循环利用,但回用过程中再生水残留的污染物及产生的副产物会对人类健康及生态系统造成不良效应。目前国内外再生水的水质管理标准主要采用常规理化指标和微生物指标,由于再生水中污染物低量高毒且相互作用,常规理化指标不能准确反映再生水综合毒性。因此本研究采用生物测试方法多层次、多物种、多靶标评估再生水综合毒性,为优化城镇污水处理及再生水技术提供数据支撑。本实验以中国北方城市4个采用二级处理工艺的城镇污水处理厂及1个采用深度处理工艺的再生水厂为研究对象,利用重组酵母菌、发光菌、斜生栅藻、稀有鮈鲫为受试生物,探究二级处理和三级处理工艺处理过程中污水急性毒性、内分泌干扰、氧化应激及遗传毒性的变化规律,并利用综合标志物响应值IBR评估关键单元处理工艺综合毒性的削减效率。以发光菌、斜生栅藻、稀有鮈鲫为急性毒性受试生物,污水厂二级出水及再生水厂三级出水急性毒性较低,最高浓度下抑制率/致死率低于50%,表明急性毒性并非再生水敏感毒性指标。利用重组酵母菌检测污水厂出水雌二醇当量（EEQ）在0.5-1.5 ng·L-1。再生水厂三级处理工艺出水雌激素活性低于检测限(0.02 ng·L-1)。污水厂及再生水厂诱导雄性稀有鮈鲫卵黄蛋白原（VTG）升高1.82-2.28倍、睾酮（T）下降26%-45%,且显著诱导vtg1、vtg3、ear、cyp19a基因表达水平上调。再生水厂出水内分泌干扰效应并未显著低于污水厂出水,表明现行三级处理工艺去除内分泌干扰效应效率较低。综合体内测试结果及体外结果分析,再生水具有雌激素效应及抗雄激素效应,长期回用环境,可能会导致水生生物内分泌系统紊乱。二级处理污水厂出水对稀有鮈鲫造成了氧化应激及遗传毒性,显著影响了稀有鮈鲫鳃组织及肝组织MDA、GSH、SOD及CAT氧化应激标志物的含量,同时也显著诱导了细胞彗星尾距及血细胞微核发生率,再生水厂出水也显著影响了氧化应激标志物的含量,导致稀有鮈鲫肝细胞DNA损伤,但未诱导血细胞微核发生率,表明再生水厂出水遗传毒性低于4个污水厂毒性。二级处理污水厂出水显著上调或是下调了DNA修复和生长停滞相关基因atm、gadd45a、xrcc6及rad51,再生水厂出水仅上调了atm及gadd45a,也说明再生水厂出水遗传毒性低于污水厂出水,与彗星实验及微核试验的结果相一致。基于IBR评估二级和三级处理工艺对综合毒性的削减。混凝工艺及反渗透工艺较上级处理工艺IBR分别降低了71%、90%,去除效率较高。再生水厂各工艺出水COD与IBR呈显著正相关（r2=0.83）。说明IBR可准确评估水质,而且生物测试结果可补充理化指标,评估再生水处理工艺毒性削减率及排水综合毒性。