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机理综合分析已有的研究成果可以发现,微量的金属是污泥微生物生命过程所必须的,而当纳米材料超过一定的浓度范围后也可能会对微生物产生显著的毒性效应。
纳米材料对污水生物处理过程的影响是一个非常复杂的相互作用过程。可能包括三种影响过程:1)纳米材料与泥中氧分子发生作用,形成超氧离子,产生过量的活性氧簇(ROS),进而通过氧化损伤途径对生物有机体产生毒性效应。2)细胞吞噬纳米材料,纳米材料直接进入细胞壁膜,从而影响微生物活性。3)纳米金属或金属氧化物粒子与空气中或水中O2和H+反应释放出金属离子,影响微生物的呼吸作用或者与酶的活性或非活性中心结合而影响其活性等,从而影响底物的转化,影响处理工艺效果。其影响机理图如下:
图1 纳米材料对污水生物处理过程中生物细胞的影响机理
5、展 望
目前,国内外学者已经在纳米材料对污水生物处理过程影响的领域进行了一定的研究,并取得了一些宝贵数据资料,但是就纳米材料影响污水生物处理过程的内在机制研究、纳米材料对微生物代谢产物的影响研究以及不同级别金属对污水处理效果影响对比研究等仍存在以下不足:
(1)纳米材料的浓度选取较为单一,不能更好地表征纳米材料对活性污泥脱氮除磷的影响。
国内外学者在浓度选择方面,主要选取了低浓度和高浓度的纳米材料,虽然能够同时考虑到环境浓度和高浓度的纳米材料的影响,但是不能更好地、连贯地反映出纳米材料对活性污泥脱氮除磷的影响,从而对日后更好地利用以及控制纳米材料在污水处理的应用缺乏全面的研究。
(2)纳米材料对胞外聚合物产生的影响研究不足,单周期内胞外聚合物组分变化的趋势未得到关注。
从目前已有的研究来看,有研究关注纳米ZnO对厌氧颗粒污泥EPS的形成及稳定运行中的影响,但关于其他纳米金属对活性污泥系统运行时间内EPS各组分含量和其结构,以及单个反应周期内EPS各组分的变化趋势未得到关注。
(3)缺乏纳米材料作用下胞内外物质之间的相关性研究。
胞内贮存物与胞外聚合物都是微生物代谢产物,都可以作为内在碳源使用,它们之间必然存在一定的联系。
以上三个方面有待于进一步深入研究,对日后更好地利用或者控制纳米材料在污水处理中的应用具有深远的理论和工程技术意义。
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