摘要
为了阐明纳米银的环境效应、保证城市水环境有效健康循环和水质安全，同时有利于实现厌氧氨氧化工艺（Anammox）的高效、稳定运行及推广应用，本试验探究了纳米银（AgNPs）对厌氧氨氧化工艺效能及微生物种群的影响，本试验采用厌氧反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为研究对象，通过三维荧光、扫描电镜（SEM）、粒度分析、扫描电子显微镜-X射线能谱（SEM-EDX）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等设备探究了厌氧氨氧化颗粒污泥的变化情况，揭示其差异性。并基于宏基因组测序技术考察不同浓度纳米银对微生物种群结构的影响。 研究发现，短期暴露下，投加的纳米银浓度越高，对厌氧氨氧化过程抑制的越明显。1.0mg/L以上的纳米银对厌氧氨氧化的影响无显著差异（p＞0.05）；长期暴露下，0.5mg/L和1.0mg/L的AgNPs对anammox抑制作用不强，而1.5mg/L和2.5mg/L的AgNPs会显著抑制anammox过程（p＜0.05）。短期暴露下Ag+的毒性强于AgNPs；长期暴露下，系统很快恢复活性，这可能是由于Ag+和系统内的Cl-生成AgCl沉淀，使Ag+失去毒性。 ICP-MS结果表明，纳米银投加量与泥、水相中银的含量成正比，并且大部分的银吸附在活性污泥中。胞外聚合物（EPS）测定结果表明，0.5～1.5mg/L纳米银使系统内微生物分泌更多的EPS来抵抗纳米银的毒性，2.5mg/L时，EPS分泌量最少。基于污泥容积比（SVI）、污泥比阻（SRF）、毛细吸水时间（CST）结果表明，投加纳米银浓度的变化对泥水分离性能有显著影响。三维荧光分析表明AgNPs对于微生物代谢产生了影响，抑制微生物活性，代谢降低。扫描电镜（SEM）结果表明，随着纳米银浓度的增加，细胞受损，形态变得不规则；扫描电子显微镜-X射线能谱（SEM-EDX）分析表明，细胞表面聚集吸附的Ag和纳米银投加量成正比。粒度分析表明银离子未对颗粒污泥的粒径产生明显影响，而纳米银会导致颗粒粒径减小，比表面积增大。 基于16SrRNA高通量测序技术，通过多样性指数发现纳米银会改变群落的丰富度和多样性。在厌氧氨氧化系统中，观察到主要的菌门为Chloroflexi（绿弯菌门）、Proteobacteria（变形菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）、Planctomycetes（浮霉菌门）、Acidobacteria（酸杆菌门）。0.5mg/L的纳米银会提高Planctomycetes的相对丰度，但随着投加的纳米银浓度不断增加，Planctomycetes的相对丰度逐渐减低。纳米银会影响Candidatus_Kueneniad属相对丰度。主坐标分析(PCoA)表明，投加银离子的系统微生物群落结构与空白组相似，0.5mg/L和1.5mg/L纳米银的系统微生物群落结构较为相近。2.5mg/L纳米银使系统内的微生物群落发生了较大变化。功能单元PCoA分析表明纳米银导致微生物群落功能单元发生改变。基于KEGG数据库的微生物代谢功能分析，第一等级代谢通路AminoAcidBiosynthesis（氨基酸合成）模块相对丰度最高。氨基酸是蛋白质的合成原料，厌氧氨氧化过程参与的酶，细胞合成以及EPS等都需要蛋白质，因此在一定程度上反映了系统微生物活跃程度。关联网络分析表明，Candidatus_Kuenenia属与NB1-j菌属呈强正相关，其丰度在一定程度上影响了系统活性污泥分泌胞外聚合物的量以及污泥脱水能力。
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