本文關(guān)鍵詞：納米ZnO對(duì)典型亞硝酸菌的毒性效應(yīng)與機(jī)制研究

  更多相關(guān)文章： 納米氧化鋅 歐洲亞硝化單胞菌 毒性脅迫 細(xì)胞活性恢復(fù)

【摘要】：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、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(ammonia monooxygenase,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,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/Ln-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.europaea受損菌群生理特性和生化活性修復(fù)性能,研究成果為進(jìn)一步闡釋NPs對(duì)污水脫氮處理工藝的影響規(guī)律與作用機(jī)制提供必要的理論基礎(chǔ),并為受NPs毒性影響的生物除氮工藝性能的恢復(fù)提供應(yīng)急調(diào)控理論支撐。
【關(guān)鍵詞】：納米氧化鋅 歐洲亞硝化單胞菌 毒性脅迫 細(xì)胞活性恢復(fù)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X172;X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 n-ZnO的性質(zhì)與應(yīng)用11
• 1.1.2 n-ZnO的環(huán)境歸趨11-12
• 1.1.3 氨氧化模式菌Nitrosomonas europaea12-14
• 1.2 n-ZnO毒性研究14-15
• 1.2.1 n-ZnO的生物毒性研究14-15
• 1.2.2 n-ZnO對(duì)污水處理系統(tǒng)影響研究15
• 1.3 n-ZnO毒性作用機(jī)制研究15-17
• 1.3.1 氧化脅迫16
• 1.3.2 細(xì)胞膜損傷16
• 1.3.3 酶活性抑制16-17
• 1.3.4 n-ZnO的物化特性影響17
• 1.4 研究?jī)?nèi)容及意義17-20
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.4.2 技術(shù)路線18
• 1.4.3 目的及意義18-20
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及分析測(cè)試方法20-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料、試劑及儀器21-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料21
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑21-22
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器22-23
• 2.3 測(cè)定指標(biāo)及方法23-29
• 2.3.1 納米材料表征23
• 2.3.2 N.europaea細(xì)胞形態(tài)23
• 2.3.3 混合液粒徑、電荷23
• 2.3.4 細(xì)菌濃度23-24
• 2.3.5 細(xì)胞膜受損狀況24
• 2.3.6 氨氧化速率24
• 2.3.7 AMO酶活性24
• 2.3.8 功能基因表達(dá)水平24-28
• 2.3.9 其它指標(biāo)28
• 2.3.10 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析28-29
• 第三章 不同濃度n-ZnO對(duì)N.europaea的脅迫影響29-41
• 3.1 n-ZnO對(duì)N.europaea的短期脅迫影響29-34
• 3.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)29-30
• 3.1.2 試驗(yàn)結(jié)果30-34
• 3.2 n-ZnO對(duì)N.europaea的長(zhǎng)期脅迫影響34-40
• 3.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)34
• 3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果34-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第四章 不同n-ZnO負(fù)荷導(dǎo)入方式對(duì)N.europaea的長(zhǎng)期脅迫影響及受抑制細(xì)菌的自我恢復(fù)性能研究41-54
• 4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)41-42
• 4.1.1 不同負(fù)荷導(dǎo)入方式長(zhǎng)期影響研究試驗(yàn)41
• 4.1.2 受抑制細(xì)菌功能修復(fù)性能研究41-42
• 4.2 試驗(yàn)結(jié)果42-52
• 4.2.1 恒流生物試驗(yàn)過程模型模擬研究42-43
• 4.2.2 反應(yīng)器內(nèi)n-ZnO和Zn~(2+)濃度分析43-44
• 4.2.3 不同n-ZnO導(dǎo)入方式對(duì)混合液粒徑和Zeta電位的影響44-45
• 4.2.4 不同n-ZnO導(dǎo)入方式對(duì)細(xì)菌氨氧化性能的影響45-46
• 4.2.5 不同n-ZnO導(dǎo)入方式對(duì)細(xì)菌濃度的影響46-47
• 4.2.6 不同n-ZnO導(dǎo)入方式對(duì)N.europaea細(xì)胞膜完整性的影響47-48
• 4.2.7 不同n-ZnO導(dǎo)入方式對(duì)細(xì)菌AMO酶活性的影響48
• 4.2.8 不同n-ZnO導(dǎo)入方式對(duì)細(xì)菌基因表達(dá)水平的影響48-50
• 4.2.9 細(xì)菌功能修復(fù)性研究50-52
• 4.3 本章小結(jié)52-54
• 第五章 不同DO條件下n-ZnO進(jìn)水負(fù)荷方式對(duì)N.europaea長(zhǎng)期脅迫影響54-63
• 5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)54
• 5.1.1 不同DO條件長(zhǎng)期影響試驗(yàn)54
• 5.1.2 不同影響程度細(xì)菌恢復(fù)性試驗(yàn)54
• 5.2 試驗(yàn)結(jié)果54-62
• 5.2.1 反應(yīng)器內(nèi)總鋅和Zn~(2+)影響分析54-55
• 5.2.2 不同DO濃度條件n-ZnO進(jìn)水負(fù)荷方式對(duì)混合液粒徑和Zeta電位的影響55-56
• 5.2.3 不同DO濃度條件n-ZnO進(jìn)水負(fù)荷方式對(duì)細(xì)菌氨氧化性能的影響56-57
• 5.2.4 不同DO濃度條件n-ZnO進(jìn)水負(fù)荷方式對(duì)細(xì)菌濃度的影響57
• 5.2.5 不同DO濃度條件n-ZnO進(jìn)水負(fù)荷方式對(duì)N.europaea細(xì)胞膜完整性的影響57-58
• 5.2.6 不同DO濃度條件n-ZnO進(jìn)水負(fù)荷方式對(duì)細(xì)菌AMO酶活性的影響58-59
• 5.2.7 不同DO濃度條件n-ZnO進(jìn)水負(fù)荷方式對(duì)細(xì)菌基因表達(dá)水平的影響59-60
• 5.2.8 細(xì)菌功能修復(fù)性研究60-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 第六章 結(jié)論與展望63-65
• 6.1 結(jié)論63
• 6.2 展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-70
• 致謝70-71
• 在校期間發(fā)表論文情況71
• 已(待)發(fā)表文章71
• 專利71

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1 沈珈琦;吳晟e，

本文編號(hào)：702734