氧化鋅納米顆粒對(duì)污泥厭氧消化過(guò)程及微生物群落的影響研究.pdf

1、目前，納米材料廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活多個(gè)領(lǐng)域，由于消費(fèi)需求的增加，越來(lái)越多的納米材料進(jìn)入污水處理廠、污泥和垃圾填埋場(chǎng)。厭氧消化法廣泛應(yīng)用于廢水處理、城市污泥及固體垃圾處理。因此，進(jìn)行納米材料對(duì)厭氧消化過(guò)程的影響研究是十分必要的。本課題選取ZnO-NPs為研究對(duì)象，主要研究不同濃度梯度下的ZnO-NPs對(duì)污泥厭氧消化過(guò)程不同階段及微生物群落的影響，為納米污染物對(duì)污泥厭氧消化過(guò)程的抑制效應(yīng)評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。
　　ZnO-NPs能在一定程度

2、上對(duì)污泥厭氧消化水解酸化過(guò)程產(chǎn)生影響。ZnO-NPs的暴露濃度設(shè)定為0，2，30，60，90，120，150mg/g-VSS，通過(guò)考察產(chǎn)氣量、揮發(fā)酸、有機(jī)物降解效率、污泥減量效果等指標(biāo)的變化，分析ZnO-NPs對(duì)污泥厭氧消化水解酸化和產(chǎn)甲烷階段的影響及關(guān)鍵酶活性的影響。ZnO-NPs暴露3d后，發(fā)現(xiàn)隨著ZnO-NPs濃度的升高，系統(tǒng)中溶解性組分糖類、蛋白質(zhì)、SCOD的降解效率逐漸下降，而總揮發(fā)酸的濃度沒(méi)有顯著變化。ZnO-NPs的暴露濃

3、度從2增加到150mg/g-VSS時(shí)，產(chǎn)氣組分中H2和CH4的百分含量分別從4.98％和0.98%升高到30.63%和9.67%，CO2含量從95.01%下降到58.23%。
　　ZnO-NPs對(duì)污泥厭氧消化中產(chǎn)甲烷階段的抑制作用相對(duì)較大。ZnO-NPs會(huì)使厭氧消化過(guò)程中的產(chǎn)氣量減少，SCOD去除率、TCOD去除率和R(VSS/TSS)值降低，在ZnO-NPs濃度升高到120mg/g-VSS時(shí)達(dá)到最大，SCOD去除率、TCOD去除

4、率分別減少到對(duì)照組的3%、36.5%和74%。污泥VSS減量率、蛋白質(zhì)和多糖的減量率隨著ZnO-NPs濃度的升高而逐漸減小。ZnO-NPs的投加會(huì)在一定程度上抑制蛋白酶、纖維素酶、乙酸激酶和輔酶F420的活性。低濃度的ZnO-NPs暴露對(duì)關(guān)鍵酶活性的影響較小，而高濃度時(shí)抑制作用較大；ZnO-NPs對(duì)產(chǎn)甲烷類酶的抑制作用大于水解酸化類酶。
　　通過(guò)高通量測(cè)序分析結(jié)果顯示：4個(gè)樣本的古菌豐富度排列順序分別為：0<30<90<150，細(xì)

5、菌豐度的排列順序?yàn)?>30>90>150，由此可知，ZnO-NPs的濃度升高，古菌的群落豐度升高，而細(xì)菌的群落豐度下降。對(duì)樣本的微生物群落進(jìn)行差異性分析表明：ZnO-NPs能影響厭氧消化系統(tǒng)的微生物群落，并使之出現(xiàn)聚類上的差異，且細(xì)菌和古菌的群落的差異性均隨著ZnO-NPs濃度的升高而逐漸增大。對(duì)樣本進(jìn)行不同水平上的群落結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)：Methanomicrobia是古菌生物群落中的最優(yōu)勢(shì)菌群，Methanobacteria和Thermo

6、plasmata是次優(yōu)勢(shì)菌群，隨著ZnO-NPs濃度的升高M(jìn)ethanomicrobia的豐度分別下降10.87%、13.44%、21.65%，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷效率下降；在無(wú)ZnO-NPs系統(tǒng)Clostridia，Anaerolineae，Bacteroidia是優(yōu)勢(shì)細(xì)菌菌群，當(dāng)ZnO-NPs的濃度為30，90，150mg/g-VSS時(shí)，Clostridia含量分別為13.11%、20.61%、12.29%，Bacteroidia的