纳米ZnO对SBR系统活性污泥活性及硝化作用的影响

摘要

随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因具有表面积大、活性高等独特的性质而在各行业中有广泛应用。大量包含在日常生活用品以及工业产品中的纳米颗粒会随着生活污水及工业废水的排放进入到污水处理厂，从而可能会给污水处理系统造成一定影响。本文选取纳米氧化锌颗粒（纳米ZnO）为纳米材料的典型代表，采用序批式活性污泥工艺（SBR），研究了纳米ZnO对活性污泥活性及硝化作用的影响，完善了纳米ZnO的毒性数据。
　　通过对活性污泥进行不同浓度（10，20，50，100mg/L）纳米ZnO的暴露实验，考察了其对活性污泥胞外聚合物（EPS）、溶解性微生物产物（SMP）含量及成分（多糖、蛋白质、腐殖质）的影响，并分析了污泥沉降性、生物量、呼吸作用及有机物降解能力的变化。实验结果表明，浓度为10mg/L的纳米ZnO对污泥活性几乎不存在影响，而20mg/L的纳米ZnO则会显著抑制污泥活性，且投加浓度越大，抑制作用增强。抑制作用主要表现在EPS产量降低，SMP产量升高，且二者的主要成分均发生较大变化，同时污泥沉降性变差，生物量减少，呼吸作用减弱，生物降解有机物的能力受到明显抑制。
　　采用PCR-DGGE技术，考察了不同浓度（5，10，20，50，100mg/L）纳米ZnO对活性污泥种群的影响。实验结果表明，纳米ZnO会可能会抑制具有抗性的菌、具有硝化作用的菌和具有硫化作用的菌的生长；低浓度纳米ZnO（20mg/L）可能会促进具有反硝化作用的菌的生长；纳米ZnO可能会促进一些具有致病性的菌的生长，从而使活性污泥快速老化死亡；另外纳米ZnO对一些如Thioalkalivibrio sulfidophilus之类的菌的生长没有影响。
　　实验分别向生物脱氮系统活性污泥及Nitrosomonas europaea菌悬液中投加不同浓度（10，20，50，100mg/L）的纳米ZnO，考察了纳米ZnO对生物脱氮效能、关键酶（AMO、NOR）及硝化作用功能菌活性的影响。实验结果表明，投加浓度低于10mg/L时，SBR脱氮系统处理效能、关键酶及Nitrosomonas europaea活性均无明显变化。而投加浓度大于20mg/L时，氨氮去除率大幅度降低，周期内氨氮向亚硝态氮和亚硝态氮向硝态氮的转化过程均受到一定抑制；同时，AMO、NOR及Nitrosomonas europaea的活性也受到明显抑制；进一步通过透射电镜（TEM）实验发现，Nitrosomonas europaea细胞膜出现一定破损，且有许多纳米ZnO吸附在细胞表面。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源与背景

1.2 纳米材料概述

1.3 纳米材料的环境行为及生态毒性

1.4 纳米材料对活性污泥系统影响的研究现状

1.5 本文研究目的及意义

1.6 本文的主要研究内容及技术路线

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置与运行方式

2.3 实验方法

第3章 纳米ZnO对活性污泥活性的影响

3.1 引言

3.2 纳米ZnO对活性污泥活性的影响

3.3 纳米ZnO对活性污泥种群的影响

3.4 本章小结

第4章 纳米ZnO对SBR系统硝化作用的影响

4.1 引言

4.2 纳米ZnO对SBR系统生物脱氮的影响

4.3 纳米ZnO对硝化作用酶的影响

4.4 纳米ZnO对Nitrosomonas europaea的影响

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢