納米ZnO對(duì)典型亞硝酸菌的毒性效應(yīng)與機(jī)制研究.pdf

1、納米ZnO(n-ZnO)的廣泛應(yīng)用導(dǎo)致其在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用及處理處置過(guò)程中不可避免地進(jìn)入市政污水管網(wǎng)系統(tǒng)，并對(duì)污水生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生潛在威脅。因此，本文重點(diǎn)研究了n-ZnO在不同作用條件下對(duì)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(zhǎng)期毒性影響，以及受脅迫細(xì)菌的生化活性恢復(fù)性能。
　　對(duì)恒流生物反應(yīng)器中穩(wěn)定生長(zhǎng)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(xì)胞膜損傷程度提高，細(xì)菌濃度、氨氧化活性、氨單加氧酶(ammoniamonooxygenase，AMO酶)活性均下降。當(dāng)n-ZnO濃度為10mg/L或50mg/L時(shí)，對(duì)細(xì)菌活性表現(xiàn)為顯著抑制效應(yīng)。另外，50mg/L n-ZnO對(duì)細(xì)胞膜損傷及氨氧化作用抑制程度明顯高于其對(duì)應(yīng)溶解度下的相同Zn2+濃度對(duì)細(xì)胞的毒性影響，

3、故推測(cè)n-ZnO本身的尺寸效應(yīng)仍是n-ZnO的重要作用機(jī)制來(lái)源。相同摩爾濃度的n-ZnO與Zn2+的毒性發(fā)現(xiàn)，Zn2+對(duì)N.europaea的毒性高于n-ZnO。
　　不同濃度n-ZnO（1mg/L、10mg/L和50mg/L）對(duì)恒流生物反應(yīng)器中穩(wěn)定生長(zhǎng)的N.europaea長(zhǎng)期(45d)脅迫影響發(fā)現(xiàn)，1 mg/L和10 mg/L n-ZnO對(duì)N.europaea均未產(chǎn)生顯著影響;隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，受50mg/L n-ZnO影響的

4、N.europaea的氨氧化活性、細(xì)菌濃度、AMO酶活性、細(xì)胞膜未受損率和氨氧化功能基因表達(dá)水平顯著下降，7d后細(xì)菌氨氧化活性完全喪失。
　　不同n-ZnO負(fù)荷形式條件下50mg/L n-ZnO對(duì)N.europaea的長(zhǎng)期毒性影響發(fā)現(xiàn)，沖擊負(fù)荷方式（進(jìn)水與反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)加入50 mg/L n-ZnO）和進(jìn)水負(fù)荷方式(只進(jìn)水加入50 mg/L n-ZnO)均對(duì)N.europaea產(chǎn)生顯著性毒脅迫作用，氨氧化速率、細(xì)菌濃度、細(xì)胞膜未受損

5、率、氨氧化功能基因表達(dá)水平和AMO酶活性顯著下降，n-ZnO脅迫作用7d均使得細(xì)菌完全喪失活性。n-ZnO沖擊負(fù)荷方式對(duì)N.europaea的毒性脅迫作用強(qiáng)于進(jìn)水負(fù)荷方式下的毒性脅迫作用。沖擊負(fù)荷方式在3h開(kāi)始即對(duì)系統(tǒng)造成顯著毒性影響，進(jìn)水負(fù)荷方式下隨著反應(yīng)器內(nèi)n-ZnO濃度的不斷升高在30h以后才開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)造成顯著毒性影響。細(xì)菌活性恢復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同n-ZnO負(fù)荷導(dǎo)入方式10％恢復(fù)試驗(yàn)組（氨氮去除率受抑制程度為10％時(shí)的受損細(xì)菌在不含

6、n-ZnO培養(yǎng)液中的活性恢復(fù)試驗(yàn);25％、50％、75％恢復(fù)試驗(yàn)組同理）氨氧化速率、細(xì)菌濃度、細(xì)胞膜未受損率、AMO酶活性均得到一定程度恢復(fù)，但進(jìn)水負(fù)荷試驗(yàn)組中各指標(biāo)恢復(fù)程度明顯高于沖擊負(fù)荷試驗(yàn)組。不同n-ZnO負(fù)荷導(dǎo)入方式25％恢復(fù)試驗(yàn)組各指標(biāo)變化規(guī)律也表現(xiàn)為沖擊負(fù)荷對(duì)細(xì)菌的脅迫作用強(qiáng)于進(jìn)水負(fù)荷，雖然進(jìn)水負(fù)荷試驗(yàn)組中細(xì)菌活性隨恢復(fù)時(shí)間未有明顯提高，但仍能保持現(xiàn)有氨氧化能力，而沖擊負(fù)荷試驗(yàn)組細(xì)菌活性在脅迫受損后不僅活性不能恢復(fù)，還無(wú)法保

7、持現(xiàn)有氨氧化能力。進(jìn)水負(fù)荷試驗(yàn)組和沖擊負(fù)荷試驗(yàn)組50％恢復(fù)試驗(yàn)組受損細(xì)菌均表現(xiàn)為不可恢復(fù)。因此恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明n-ZnO沖擊負(fù)荷脅迫方式對(duì)N.europaea的毒性脅迫作用顯著高于n-ZnO進(jìn)水負(fù)荷脅迫方式，可使得細(xì)菌更早受到不可逆轉(zhuǎn)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(duì)N.europaea的長(zhǎng)期脅迫試驗(yàn)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(duì)50mg/L n-ZnO的生物毒性脅迫能力產(chǎn)生明顯影響。不同DO條件下氨氮去除率受抑制達(dá)10％時(shí)的細(xì)胞恢復(fù)發(fā)現(xiàn)，其氨氧化速率、細(xì)胞膜未受損率、細(xì)菌濃度、AMO酶活性隨恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)均可得到一定程度的恢復(fù)，但高DO條件下所獲受損細(xì)胞的細(xì)胞氨氧化速率、細(xì)菌濃度、細(xì)胞膜未受損率、AMO酶活性恢復(fù)程度明顯高于低DO條件下所獲細(xì)胞。不同DO條件下25％恢復(fù)試驗(yàn)組的細(xì)胞經(jīng)恢復(fù)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(fù)試驗(yàn)組細(xì)胞的生化活性不僅不能恢復(fù)，還無(wú)法保持其現(xiàn)有氨氧化能力。因此高DO環(huán)境有利于細(xì)胞抗n-ZnO脅迫影響以及細(xì)胞活性的恢復(fù)，但隨n-ZnO脅迫作用時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)菌生理生化活性受損最終仍表現(xiàn)為不可恢復(fù)，直至完全喪失。
　　綜上所述，本文系統(tǒng)的開(kāi)展了不同n-ZnO作用濃度在不同作用時(shí)間、不同DO條件和不同負(fù)荷導(dǎo)入方式條件下對(duì)N.europaea的脅迫影響研究，同時(shí)探討了受n-ZnO不同脅迫條件影響的N.eur