纳米颗粒在污水中动态表面特性及对生物处理系统影响机制研究

纳米科技广泛应用在各个领域，伴随大量纳米产品的生产、使用和处理，纳米颗粒都会直接或间接进入城市污水系统，其特殊性质可能对城市污水处理系统存在潜在危害，对水环境提出了新的挑战与威胁。已有研究显示，纳米颗粒对水环境生态生物存在生长抑制作用和生物毒性。但针对纳米颗粒在城市污水背景下的存在形态及对城市污水处理系统的影响尚缺乏系统研究。本课题针对具典型代表性的纳米颗粒在污水背景下，研究其存在、状态、传输规律。并在此基础上，探究纳米颗粒进入市政污水生物处理系统后，是否对生物处理系统存在毒性并阐明致毒机理，揭示纳米颗粒与微生物群落相互作用及微生物群落结构和生态的影响。此研究，为污水生物处理系统稳定运行，水循环体系生态安全性奠定研究基础，为纳米材料工业废水排放安全标准提供理论依据。

纳米科技广泛应用在各个领域，伴随着纳米产品的生产和使用，纳米颗粒会通过直接或间接方式被排放入水环境，由此引发环境风险问题。复杂的水环境会改变其在水中的环境行为与稳定性，与活性污泥的相互作用也会对污水处理效能和微生物特性产生抑制作用。本研究以应用最为广泛的纳米TiO2为主要研究对象，研究了其进入城市污水及地表水后的聚集率、粒度分布、官能团分布和形态，确定了纳米TiO2与天然有机物、典型有机物间相互作用规律与机制。全面分析了纳米TiO2对活性污泥絮体稳定性和表面特性的影响，确定了有纳米TiO2存在的活性污泥体系的稳定性，考察了不同纳米材料对好氧反硝化菌的毒性作用和对厌氧颗粒污泥形貌结构的影响。探讨了纳米TiO2对典型好氧、厌氧生物处理工艺降解有机物、脱氮除磷效能、产氢、产酸、产甲烷等活性的抑制作用；阐明了活性污泥生物处理系统的微生物菌群结构、微生物群落演替规律和微生物多样性对纳米颗粒存在下的相应机制。