纳米金属氧化物对土壤酶活性的影响研究进展

纳米金属氧化物的大量生产和广泛应用使其不可避免地进入环境中,土壤是其释放到环境中主要的汇。纳米颗粒由于尺寸效应,具有许多独特的物理化学性质,其进入环境后潜在的生态和健康风险问题日益受到研究者的关注。土壤酶是土壤生物化学过程的主要参与者,也是生态系统物质循环和能量流动过程中最活跃的生物活性物质。土壤酶活性的变化能反映土壤中生化反应的情况,可作为评价土壤中纳米材料污染状况的生物学指标。本文较系统地回顾和总结了纳米金属氧化物对土壤酶活性的影响及可能的影响途径,探讨了纳米金属氧化物作用于土壤酶的主要影响途径,并展望了未来研究主要发展方向。     

纳米氧化铜对颗粒污泥处理城镇低C/N污水的影响

为了探究纳米氧化铜(CuO NPs)对颗粒污泥处理低C/N废水过程中脱氮除磷性能的影响,文章建立4组序批式反应器,以实际废水为探究对象,探究不同浓度CuO NPs影响下颗粒污泥特征及脱氮除磷规律。结果表明,低浓度CuO NPs(2.0 mg/L)对颗粒污泥主要特征及脱氮除磷性能影响不显著,而高浓度CuO NPs(超过10.0 mg/L)则会降低颗粒污泥生物量,提高污泥SVI,降低颗粒污泥脱氮除磷效率。当CuO NPs浓度为20.0 mg/L时,颗粒污泥稳定运行期混合液悬浮固体(MLSS)的浓度下降至4 256～4 369 mg/L,总氮和总磷的去除效率分别下降至59.3%和70.2%,均显著低于0.01 mg/L CuO NPs组别。营养盐周期变化分析表明,CuO NPs对反硝过程、厌氧释磷及好氧吸磷过程均具有显著抑制作用。此外,CuO NPs能影响颗粒污泥的主要特征,CuO NPs提高了胞外聚合物的含量,并主要提高蛋白质的含量。酶活性分析表明高浓度CuO NPs抑制了生物脱氮除磷关键酶的活性。     

一株异养硝化-好氧反硝化-积累磷的细菌Klebsiella pneumoniae A15的筛出及其特性研究

利用以淀粉为唯一碳源的缺氧/好氧序批式系统从污水处理厂活性污泥中分离得到一株肺炎克雷伯氏杆菌A15(Klebsiella pneumoniae A15),该菌具有异养硝化-好氧反硝化和积聚磷能力.它的最佳生长条件:碳源为柠檬酸钠,C/N为30,P/N为0.2,pH为7.在最佳条件下,氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐的最高去除率分别为96.27%、99.22%和100%;相应的去除速率分别为1.77、2.08和1.86mg/(L?h).该菌株对浓度为8mg/L的磷酸盐和1300mg/L的COD最高去除率分别为100%和95%.氮平衡分析发现该菌可以利用氨氮、硝氮以及亚硝氮产生气态氮,表现出优异的异养硝化和好氧反硝化活性.对菌株胞内磷和EPS中磷的分析结合DAPI染色发现有82%的磷储存在菌株细胞内并且以多聚磷酸盐形式储存,其余磷在EPS中.对该菌株的napA、nirS、nosZ和ppk基因的成功扩增也表明其好氧反硝化和积聚磷能力.本研究展示了一株在脱氮除磷系统中具有特定功能的细菌.     

同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%～40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus (GAOs)和Flavobacterium (PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.     

间歇梯度曝气下首段延时厌氧强化好氧颗粒污泥脱氮除磷

本研究采用SBR反应器,以实际低C/N比生活污水为进水基质,采用间歇梯度曝气（各曝气段溶解氧浓度递减）充分利用内碳源,探讨不同首段厌氧时间下好氧颗粒污泥脱氮除磷效果.结果表明,间歇梯度曝气的初始厌氧段从50 min增加至90 min,使颗粒污泥内碳源的储量增加,这一延时厌氧的改进条件导致颗粒污泥脱氮除磷效果提升,当延时至70和90 min时,COD、TN和TP的去除效率分别可达84.74%、70.05%和89.7%以及86.65%、78.81%和85.5%.但随后首段厌氧时间增至110 min后,由于部分细胞解体,污泥流失较严重,使内碳源储量约降低13.6%,进而污染物去除效率下降.在首段厌氧时间从50 min延长至90 min的过程中,LB-EPS中PS含量变化较小,随后延时至110 min后PS含量增加至约7.18 mg·g^-1,PN含量增加至约5.56mg·g^-1.TB-EPS中PN和PS含量均较稳定,进而表明内碳源储量对LB-EPS的影响较TB-EPS大,同时污泥沉降性能下降与LB-EPS中PS含量增加密切相关.颗粒污泥中DPAOs占比随首段厌氧时间的适当增加而升高,其中首段厌氧时间为70 min时DPAOs占比达到51.5%.     

缺氧/好氧交替连续流的生活污水好氧颗粒污泥运行及污染物去除机制

室温下接种成熟的好氧颗粒污泥于由独立的缺氧池和好氧池组成的缺氧/好氧交替连续流系统中,以实际生活污水为进水基质,探究曝气强度和水力停留时间对连续流系统的影响.研究表明在回流比为2,较小的曝气强度（0.6mL·min^-1）和适当的水力停留时间（9 h）条件下更有利于污染物的去除,此时TP平均去除率为80.43%,TN平均去除率为83.6%,COD平均去除率为90.39%,污泥浓度为2100 mg·L^-1左右,污泥体积指数保持在50 mL·g^-1以下,颗粒粒径在700~800 nm之间.用EEM-PARAFAC模型对不同阶段的EPS表征结果表明,EPS组成成分随着运行参数的改变而改变,水力停留时间对连续流系统有更大的影响.此外通过高通量测序的方法评估连续流系统中的微生物多样性,建立污染物去除模型,并在系统中发现了与脱氮除磷相关的11种主要功能菌.     

好氧颗粒污泥法降解苯胺的特性

在控温摇床上采用好氧振荡的方法,在含有苯胺和硝基苯混合废水处理厂的好氧污泥中,驯化降解苯胺的混合微生物.在驯化过程中发现混合微生物逐渐形成了颗粒污泥,采用此颗粒污泥(混合微生物)进行苯胺降解的实验.结果表明,该混合微生物在以苯胺为唯一碳源和氮源的情况下,具有较强的降解苯胺的能力,且最适宜的温度为28℃,最佳的pH值为7.0,当苯胺的起始浓度为600mg/L时,此条件下在18h内被完全降解,混合微生物降解苯胺的速度达到33.6mg/(L·h).     

三种典型纳米颗粒物造成的人体肺细胞氧化应激和炎症效应(Oxidative Stress and Inflammatory Effect on A549 Cell Line Induced by Three Typical Nano-Particles )

采用体外细胞暴露实验研究了人肺腺癌细胞系(A549)单层细胞暴露于50和500μg·mL-1两种浓度纳米氧化钛、纳米氧化硅、碳纳米管和晶体石英砂等四种颗粒物后产生的氧化应激和炎症反应.用细胞活度、细胞内活性氧总量和细胞上清液中白细胞介素8(IL-8)表达量表征暴露效应.研究结果表明,纳米氧化钛、纳米氧化硅和碳纳米管在体外暴露实验过程中均发生不同程度的聚集;细胞暴露48h后,三种纳米颗粒物均使A549细胞活度下降,诱导细胞产生过量活性氧,同时刺激细胞IL-8表达量增高;三种纳米颗粒物中,纳米氧化钛和纳米氧化硅对细胞活度影响较大,碳纳米管诱发的炎症效应较另两种纳米材料强.     

连接结构尺寸对三通管冲蚀磨损影响的数值模拟

针对石油管道运输系统中三通管的冲蚀磨损问题,采用DPM冲蚀预测模型,模拟分析了油品中夹带的固体颗粒对连接结构尺寸不同的三通管的冲蚀磨损情况,得出了颗粒对三通管冲蚀的分布规律。结果表明:T型三通管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁,有球体弯头的三通管的冲蚀主要集中在球体附近水平管道的外侧管壁,且冲蚀磨损程度相对较小;随着流体流入速度的增大,2种三通管的最大冲蚀率随之增大且呈指数增长;随着颗粒质量流量的增大,2种三通管的最大冲蚀率均随之增大;当流体在2种不同的三通管中流动时,管道系统的最大冲蚀率的曲线变化趋势基本一致,均为先减小再增大;当管道弯头处球体的直径为管道直径的2倍时,管道的冲蚀速率最小,颗粒对于管道的冲蚀磨损程度最轻。