納米ZnO對典型亞硝酸菌的毒性效應與機制研究.pdf

1、納米ZnO(n-ZnO)的廣泛應用導致其在生產、運輸、使用及處理處置過程中不可避免地進入市政污水管網系統(tǒng)，并對污水生物處理系統(tǒng)產生潛在威脅。因此，本文重點研究了n-ZnO在不同作用條件下對污水生物脫氮工藝中指示性亞硝酸菌（歐洲亞硝化單胞菌:Nitrosomonas europaea）的短期與長期毒性影響，以及受脅迫細菌的生化活性恢復性能。
　　對恒流生物反應器中穩(wěn)定生長的N.europaea在不同濃度n-ZnO(0.1 mg/L、

2、1mg/L、10mg/L和50mg/L)短期(6h)脅迫影響條件下研究發(fā)現(xiàn)，隨著n-ZnO投加濃度增大，N.europaea細胞膜損傷程度提高，細菌濃度、氨氧化活性、氨單加氧酶(ammoniamonooxygenase，AMO酶)活性均下降。當n-ZnO濃度為10mg/L或50mg/L時，對細菌活性表現(xiàn)為顯著抑制效應。另外，50mg/L n-ZnO對細胞膜損傷及氨氧化作用抑制程度明顯高于其對應溶解度下的相同Zn2+濃度對細胞的毒性影響，

3、故推測n-ZnO本身的尺寸效應仍是n-ZnO的重要作用機制來源。相同摩爾濃度的n-ZnO與Zn2+的毒性發(fā)現(xiàn)，Zn2+對N.europaea的毒性高于n-ZnO。
　　不同濃度n-ZnO（1mg/L、10mg/L和50mg/L）對恒流生物反應器中穩(wěn)定生長的N.europaea長期(45d)脅迫影響發(fā)現(xiàn)，1 mg/L和10 mg/L n-ZnO對N.europaea均未產生顯著影響;隨著脅迫時間延長，受50mg/L n-ZnO影響的

4、N.europaea的氨氧化活性、細菌濃度、AMO酶活性、細胞膜未受損率和氨氧化功能基因表達水平顯著下降，7d后細菌氨氧化活性完全喪失。
　　不同n-ZnO負荷形式條件下50mg/L n-ZnO對N.europaea的長期毒性影響發(fā)現(xiàn)，沖擊負荷方式（進水與反應器內同時加入50 mg/L n-ZnO）和進水負荷方式(只進水加入50 mg/L n-ZnO)均對N.europaea產生顯著性毒脅迫作用，氨氧化速率、細菌濃度、細胞膜未受損

5、率、氨氧化功能基因表達水平和AMO酶活性顯著下降，n-ZnO脅迫作用7d均使得細菌完全喪失活性。n-ZnO沖擊負荷方式對N.europaea的毒性脅迫作用強于進水負荷方式下的毒性脅迫作用。沖擊負荷方式在3h開始即對系統(tǒng)造成顯著毒性影響，進水負荷方式下隨著反應器內n-ZnO濃度的不斷升高在30h以后才開始對系統(tǒng)造成顯著毒性影響。細菌活性恢復試驗發(fā)現(xiàn)，不同n-ZnO負荷導入方式10％恢復試驗組（氨氮去除率受抑制程度為10％時的受損細菌在不含

6、n-ZnO培養(yǎng)液中的活性恢復試驗;25％、50％、75％恢復試驗組同理）氨氧化速率、細菌濃度、細胞膜未受損率、AMO酶活性均得到一定程度恢復，但進水負荷試驗組中各指標恢復程度明顯高于沖擊負荷試驗組。不同n-ZnO負荷導入方式25％恢復試驗組各指標變化規(guī)律也表現(xiàn)為沖擊負荷對細菌的脅迫作用強于進水負荷，雖然進水負荷試驗組中細菌活性隨恢復時間未有明顯提高，但仍能保持現(xiàn)有氨氧化能力，而沖擊負荷試驗組細菌活性在脅迫受損后不僅活性不能恢復，還無法保

7、持現(xiàn)有氨氧化能力。進水負荷試驗組和沖擊負荷試驗組50％恢復試驗組受損細菌均表現(xiàn)為不可恢復。因此恢復試驗結果說明n-ZnO沖擊負荷脅迫方式對N.europaea的毒性脅迫作用顯著高于n-ZnO進水負荷脅迫方式，可使得細菌更早受到不可逆轉的受損。
　　在高溶解氧(DO，2.0mg/L)和低DO(0.5mg/L)濃度條件下50mg/L n-ZnO對N.europaea的長期脅迫試驗發(fā)現(xiàn)，連續(xù)脅迫7d后，N.europaea完全喪失氨氧化

8、活性，但DO濃度不對50mg/L n-ZnO的生物毒性脅迫能力產生明顯影響。不同DO條件下氨氮去除率受抑制達10％時的細胞恢復發(fā)現(xiàn)，其氨氧化速率、細胞膜未受損率、細菌濃度、AMO酶活性隨恢復時間延長均可得到一定程度的恢復，但高DO條件下所獲受損細胞的細胞氨氧化速率、細菌濃度、細胞膜未受損率、AMO酶活性恢復程度明顯高于低DO條件下所獲細胞。不同DO條件下25％恢復試驗組的細胞經恢復培養(yǎng)后其生理生化活性均未有明顯改善，但仍能保持現(xiàn)有氨氧化

9、能力;而50％和75％恢復試驗組細胞的生化活性不僅不能恢復，還無法保持其現(xiàn)有氨氧化能力。因此高DO環(huán)境有利于細胞抗n-ZnO脅迫影響以及細胞活性的恢復，但隨n-ZnO脅迫作用時間延長，細菌生理生化活性受損最終仍表現(xiàn)為不可恢復，直至完全喪失。
　　綜上所述，本文系統(tǒng)的開展了不同n-ZnO作用濃度在不同作用時間、不同DO條件和不同負荷導入方式條件下對N.europaea的脅迫影響研究，同時探討了受n-ZnO不同脅迫條件影響的N.eur