微生物聚集生长的污水处理系统对纳米颗粒物去除效应及调控机制

污水处理厂是人工纳米颗粒物进入环境的重要"关口"，认识人工纳米颗粒物在污水处理过程中的迁移转化规律及其对污水处理系统的影响，强化污水处理系统对人工纳米颗粒物的拦截与去除效应，是减少纳米颗粒物环境排放的重要途径。本研究将针对两种微生物聚集生长的污水处理系统，即生物膜和好氧颗粒污泥系统，借助环境工程、反应器工程、基因工程、分子生物学、影像学等多学科交叉知识，从细胞和分子水平研究纳米颗粒对微生物聚集生长过程影响及其分子生态效应，纳米颗粒在生物膜及好氧颗粒污泥中的迁移规律及空间分布特征；从反应器水平研究微生物聚集生长的废水处理系统对纳米颗粒的去除效应及关键影响因素，调控机制与方法。该研究对于揭示纳米颗粒与微生物聚集体作用效应，建立生物膜及好氧颗粒污泥系统对纳米颗粒物的强化去除方法具有重要的理论价值和实践意义。

本研究针对微生物聚集生长的污水处理系统，以纳米银（Ag NPs）和纳米氧化铈为对象，研究了纳米颗粒与微生物聚集体（颗粒污泥和生物膜）的相互作用及影响，纳米颗粒物对生物膜/颗粒污泥污水处理系统影响效应与机制。研究成果对于认识纳米颗粒物在污水处理过程中的迁移转化规律及其对污水处理系统的影响，控制其环境排放具有重要意义。得到主要研究成果如下：.（1）揭示了Ag NPs对生物膜形成及解聚的影响效应，发现0.1-5 mg/L Ag NPs作用48h后显著抑制了生物膜量形成，抑制率为12.4%-45.3%；对于已经形成的生物膜，0.5-5 mg/LAg NPs处理48 h后生物膜量相比对照下降17.4%-28.3%，说明Ag NPs会抑制生物膜形成，促进生物膜解离。.（2）发现颗粒污泥相比悬浮污泥表现出较差的纳米银的去除能力，但比悬浮污泥表现出更强的纳米银毒性耐受能力；暴露12h，悬浮污泥的氨氧化活性及氧呼吸代谢活性均受到显著抑制，而颗粒污泥仅氧呼吸代谢活性受到抑制；暴露于氧化银会引起颗粒污泥LDH释放和ROS的产生，且不管是小粒径颗粒（<100nm）还是大粒径颗粒（>100nm）均会造成细胞膜的破损和LDH的释放。.（3）研究了长期（69天）Ag NPs（5、50 mg/L）暴露对好氧颗粒污泥反应器污染物去除特性、污泥特征、污泥活性、微生物菌群结构的影响，发现颗粒污泥反应器在整个纳米银暴露期间保持了良好的污染物去除能力、粒径形态及沉降性能，微生物种群结构保持稳定，并且优势种群未发生变化；颗粒污泥活性在暴露的前40天未受到显著影响，第69天，颗粒污泥的氨氧化速率、反硝化速率和呼吸速率受到了显著抑制。Ag NPs对好氧颗粒产生的慢性毒性需要受到重视。.（4）研究了纳米氧化铈暴露对厌氧颗粒污泥毒性效应及机制，发现纳米氧化铈对厌氧颗粒污泥产酸过程的毒性作用大于产甲烷过程；厌氧颗粒污泥对纳米氧化铈的抵抗能力高于厌氧絮体污泥，纳米氧化铈只有在高浓度下（150和250 mg/g-VSS）才会抑制厌氧颗粒污泥的产酸性能和导致细胞膜的损伤，厌氧颗粒污泥对纳米氧化铈的吸附量占总量的12.77%-14.59%。.