纳米银对EBPR系统生物除磷过程的抑制作用及生物机制研究
近年来，纳米银（AgNPs）广泛应用于生产和生活领域，其抑菌性会对生物产生毒副作用。环境中的AgNPs通过排污系统进入污水处理厂，对微生物处理工艺产生影响。当前关于AgNPs对生物除磷的相关研究较少且不全面，因此有必要研究AgNPs对EBPR除磷性能及微生物种群的变化。为此，本实验以序批式反应器（SBR）模拟强化生物除磷（EBPR）系统，以活性污泥为研究对象，通过不同浓度AgNPs的短、长期暴露探究其对EBPR系统的影响，长期实验结束后，通过16SrRNA高通量测序技术探究微生物群落的结构变化。 通过不同浓度AgNPs对EBPR系统的短期暴露，发现AgNPs浓度为0.5mg/L和1mg/L时对除磷性能无明显影响。AgNPs浓度为8mg/L时系统基本失去除磷能力。AgNPs浓度达到10mg/L时系统完全失去除磷能力。化学需氧量（COD）去除率和厌氧段COD降解速率随AgNPs浓度升高逐渐降低，但好氧段COD降解速率无明显规律。在周期结束后检测了水中Ag+含量，发现Ag+含量占AgNPs浓度的10%左右。 根据短期实验的结果，选取0mg/L、2mg/L、4mg/L、8mg/L的AgNPs和0.8mg/L的Ag+进行200d的长期实验，并将分组命名为A1、A2、A3、A4、A5。长期实验发现0.8mg/L的Ag+对系统除磷性能、COD去除率、微生物代谢产物、系统中生物量和活性氧（ROS）无明显影响。PO43--P去除率、厌氧释磷、好氧吸磷量、COD去除率、厌氧段COD降解量均随AgNPs浓度的升高逐渐降低。各系统COD均主要在厌氧段去除，与PO43--P相比，AgNPs对COD影响程度更小。通过SEM观察发现，AgNPs浓度越高，细胞形态变化程度越严重，发生形态变化细胞数量越多，而0.8mg/LAg+对细胞形态无明显影响。 长期实验结束后对各系统进行16SrRNA高通量测序技术分析，发现0.8mg/LAg+会明显提高物种丰富度和多样性，高浓度AgNPs能显著降低物种丰富度和多样性，而低浓度AgNPs可能会刺激某些微生物的生长。空白组和0.8mg/LAg+组、4mg/L和8mg/LAgNPs组在微生物群落构成上具有较高相似性，而2mg/LAgNPs组其他四组差异较明显。物种分类学水平上，变形杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门为在门分类水平上前三优势门，变形杆菌门和厚壁菌门对AgNPs环境有一定耐受性，4mg/L和8mg/LAgNPs组产生了比较严重的污泥膨胀现象。属水平聚类热图显示，Candidatus_Accumulibacter是保证空白组和0.8mg/LAg+组除磷性能的主要菌种，4mg/L和8mg/LAgNPs组除磷性能主要为Dechloromonas提供。物种关联网络分析结果表明，各物种大多以协同作用存在于系统中，典型聚磷菌Tetrasphaera和Candidatus_Accumulibacter彼此以协同作用存在于系统中，保障了系统较高的除磷能力。 综合以上结果，表明AgNPs对EBPR系统的影响主要来自于自身，而不是其释放的Ag+。
纳米银;EBPR系统;生物除磷;污水处理;生物机制
烟台大学
硕士
环境科学与工程
孙洪伟
2023
中文
X703.1
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）