氧化鋅納米顆粒對污泥厭氧消化過程及微生物群落的影響研究.pdf

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

2、上對污泥厭氧消化水解酸化過程產(chǎn)生影響。ZnO-NPs的暴露濃度設(shè)定為0，2，30，60，90，120，150mg/g-VSS，通過考察產(chǎn)氣量、揮發(fā)酸、有機物降解效率、污泥減量效果等指標的變化，分析ZnO-NPs對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)酸的濃度沒有顯著變化。ZnO-NPs的暴露濃

3、度從2增加到150mg/g-VSS時，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對污泥厭氧消化中產(chǎn)甲烷階段的抑制作用相對較大。ZnO-NPs會使厭氧消化過程中的產(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時達到最大，SCOD去除率、TCOD去除

4、率分別減少到對照組的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暴露對關(guān)鍵酶活性的影響較小，而高濃度時抑制作用較大；ZnO-NPs對產(chǎn)甲烷類酶的抑制作用大于水解酸化類酶。
　　通過高通量測序分析結(jié)果顯示：4個樣本的古菌豐富度排列順序分別為：0<30<90<150，細

5、菌豐度的排列順序為0>30>90>150，由此可知，ZnO-NPs的濃度升高，古菌的群落豐度升高，而細菌的群落豐度下降。對樣本的微生物群落進行差異性分析表明：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。對樣本進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)勢菌群，Methanobacteria和Thermo

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