發(fā)布時(shí)間：2020-04-01 02:52

【摘要】：納米銀(AgNPs)在生物醫(yī)學(xué)、抗菌、微電子等領(lǐng)域顯現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景,不可避免地,其大量生產(chǎn)和使用使其以各種途徑進(jìn)入環(huán)境,進(jìn)而存在潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。納米銀暴露對植物、土壤微生物、污水生態(tài)處理效果等產(chǎn)生的不利效應(yīng)已經(jīng)被證實(shí)。但是,目前關(guān)于納米銀對人工濕地生態(tài)系統(tǒng)影響的研究尚未引起足夠的關(guān)注。因此,明確納米銀暴露對人工濕地除磷性能的影響,探索人工濕地系統(tǒng)去除納米銀的潛力,對于構(gòu)建能夠綜合、高效地處理含納米顆粒污水的人工濕地具有相當(dāng)重要的實(shí)際意義。以不同濃度AgNPs(50、200μg/L)脅迫下的黃菖蒲垂直流人工濕地系統(tǒng)為研究對象,以450d為研究周期,考察AgNPs暴露對濕地系統(tǒng)除磷效果、土壤磷酸酶活性、除磷微生物的影響以及AgNPs在濕地系統(tǒng)中的遷移歸趨。結(jié)果顯示,在AgNPs短期暴露下(0~140d),不同濃度AgNPs的暴露均抑制了人工濕地的除磷效果;在AgNPs的長期脅迫(261d~445d)下,濕地出水TP、SOP去除率隨時(shí)間推移逐漸恢復(fù)。在本試驗(yàn)濃度范圍內(nèi),AgNPs的長期暴露未對酸性磷酸酶的活性產(chǎn)生明顯的抑制作用,但是改變了微生物的群落結(jié)構(gòu),相應(yīng)的優(yōu)勢菌群發(fā)生明顯變化。濕地沿程污染物遷移規(guī)律表明土壤層是包括AgNPs在內(nèi)的各污染物的主要?dú)w趨,不同AgNPs暴露濃度下,黃菖蒲人工濕地均能高效地去除污水中的AgNPs。隨著濕地運(yùn)行時(shí)間的推移,AgNPs從土壤表層逐漸向土壤底層遷移,并且AgNPs濃度越高,其遷移力度越強(qiáng)。植物能將根系吸收富集的AgNPs向莖葉組織中轉(zhuǎn)移,AgNPs的長期暴露會抑制黃菖蒲根系的生長。以AgNPs(100μg/L)脅迫下的無植物、黃菖蒲、花葉蘆竹、傘莎草四組垂直流人工濕地系統(tǒng)為研究對象,考察450d的試驗(yàn)周期內(nèi)各系統(tǒng)的除磷效果、土壤磷酸酶活性及AgNPs的遷移歸趨。結(jié)果表明,AgNPs短期暴露(0~140d)對不同植物人工濕地除磷性能均產(chǎn)生了明顯的抑制作用。在AgNPs的長期暴露下,無植物和傘莎草人工濕地的除磷效果仍受到了明顯的抑制,而黃菖蒲和花葉蘆竹人工濕地除磷效果逐漸恢復(fù)至原有水平�？梢�,AgNPs的長期暴露對濕地除磷的影響與植物種類關(guān)系密切。在AgNPs的長期暴露下,四組濕地的除磷效果從高到低依次為:花葉蘆竹≈黃菖蒲傘莎草無植物。AgNPs的長期暴露下四組濕地磷酸酶活性強(qiáng)度排序依次為:花葉蘆竹濕地黃菖蒲濕地?zé)o植物濕地≈傘莎草濕地。四組濕地均能夠高效地去除污水中的AgNPs,植物種類對濕地去除AgNPs的能力無明顯差異。在本試驗(yàn)AgNPs濃度(≤200μg/L)范圍內(nèi),人工濕地在AgNPs的長期脅迫下能夠保證良好的除磷效果,并且具備去除納米顆粒的潛力,具有作為處理含AgNPs污水的水處理系統(tǒng)的可行性。
【圖文】：

納米材料進(jìn)入環(huán)境的方式多種多樣，一旦進(jìn)入環(huán)境之后，就會在復(fù)雜的環(huán)境中遷移和分布（如圖1-1）。在納米材料的合成運(yùn)輸、含有納米材料消費(fèi)品的生產(chǎn)、使用過程中，納米材料可通過大氣隨干濕沉降進(jìn)入陸地環(huán)境及自然水體，可通過工業(yè)或生活廢水進(jìn)入污水處理廠[24]，且仍有少部分納米材料存在于污水處理廠出水，含有納米材料的活性污泥與焚燒殘?jiān)赏ㄟ^堆肥等途徑進(jìn)入土壤，在土壤中發(fā)生淋濾等遷移，部分可隨淋溶水進(jìn)入水環(huán)境[25,26]。納米材料在多樣的環(huán)境介質(zhì)中存在豐富的轉(zhuǎn)化行為，如物理轉(zhuǎn)化（涂層變化、團(tuán)聚、吸附）、化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物轉(zhuǎn)化等。納米材料的吸附是一個(gè)動態(tài)過程，Lowry等[27]在人工濕地模擬納米材料遷移轉(zhuǎn)化研究中發(fā)現(xiàn)，一部分納米材料能夠被浮游植物吸附，當(dāng)吸附量累積到一定濃度時(shí)，又會解吸回到到水體中。Zhu等[28]研究結(jié)果顯示

在濕地生態(tài)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化方式和主要的存儲途徑也存在差異，而且易受到環(huán)境和人類活動的影響。不考慮未防滲濕地系統(tǒng)與周圍水體交換的磷量，磷在濕地系統(tǒng)中的形態(tài)轉(zhuǎn)化如圖1-2所示。圖 1-2 濕地系統(tǒng)中的磷形態(tài)轉(zhuǎn)化[54]注：①礦化；②植物及微生物吸收；③脫附及溶解；④吸附、沉淀及沉積；⑤產(chǎn)生磷化氫氣體。關(guān)于人工濕地中磷的去除機(jī)理，，一般認(rèn)為是植物的同化吸收[56]、微生物的正常同化和聚磷菌的過量攝磷[57]以及基質(zhì)的吸附和絡(luò)合沉淀作用[58]協(xié)同完成的。1) 植物作用人工濕地植物除磷分為直接凈化和間接凈化作用。直接凈化作用是指植物同化吸收水體中的可溶性磷酸鹽，將其合成為ATP、DNA和RNA等有機(jī)組分，通過收割植物以達(dá)到除磷目的。但是，植物對人工濕地除磷的貢獻(xiàn)不大，多數(shù)植物對磷的吸收作用較弱。不同濕地植物對磷的攝入量差別較大，濕地中常見的浮水植物、挺水植物和沉水植物每年的攝磷量分別為350kg·hm-2·a-1、30~500kg·hm-2·a-1、小于100kg·hm-2·a-1[59]。Richardson等[59]人研究發(fā)現(xiàn)，植物生長期間吸收積累的磷在枯萎期會重新釋放回水體中，釋放量占吸收量的35%~75%。間接凈化作用表現(xiàn)為植物發(fā)達(dá)的根系與基質(zhì)交錯(cuò)成網(wǎng)為微生物的生長提供了場所
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2609911