纳米银在活性污泥污水处理系统中的分布及形态转化

纳米银(nanosilver,nAg)因其优越的抑菌性能成为全球应用最多的纳米材料之一。随着纳米技术的广泛应用,纳米银不可避免进入污水收集和处理系统。在污水生物处理过程中,纳米银可能发生化学形态转变,从而对污水处理微生物产生不同的抑制效应。本研究采用序批式反应器(sequencing batch reactors,SBRs)模拟活性污泥污水处理系统,连续运行50 d,在进水中分别添加1 mg·L⁻¹、10 mg·L⁻¹ nAg和0.3 mg·L⁻¹、3 mg·L⁻¹ Ag⁺,探究了Ag在活性污泥、出水中的分布以及污泥中Ag的化学形态变化。结果表明,进水中添加的Ag(nAg或Ag⁺)导致活性污泥颜色、絮体结构和Zeta电位等均发生了变化,进水中Ag含量越高,这些变化越明显;进水中分别添加1 mg·L⁻¹、10 mg·L⁻¹ nAg和3 mg·L⁻¹ Ag⁺时,运行至第20 天后,活性污泥中Ag质量浓度稳定在3.28~3.67 mg·L⁻¹,而进水中添加0.3 mg·L⁻¹ Ag⁺时,活性污泥中Ag质量浓度持续升高,运行至第50天,达(2.38±0.19) mg·L⁻¹;进水中分别添加1 mg·L⁻¹ nAg和0.3 mg·L⁻¹、3 mg·L⁻¹ Ag⁺的反应器在50 d运行期内,出水中Ag质量浓度分别低于60.0、5.0、9.0 μg·L⁻¹,而添加10 mg·L⁻¹ nAg的反应器运行20 d后,出水中Ag含量快速升高,在第50 天时达(3.96±0.16) mg·L⁻¹,这表明进水中添加的Ag主要累积在活性污泥中,活性污泥对进水中的Ag存在吸附饱和现象,超出污泥吸附阈值后,反应器出水中总Ag含量持续升高;对运行至第50 天的各反应器中活性污泥进行了X-射线衍射分析及X射线光电子能谱分析,发现进入活性污泥系统的nAg可以银的氧化物、Ag₂S和Ag⁰等形态存在于污泥中。评价nAg对污水处理微生物的毒性影响应结合nAg的化学形态转化,含有较高浓度Ag的活性污泥在处理处置过程也应评估不同形态Ag的环境影响。