微塑料诱导下污泥造粒潜能变化及微生物富集特征

微塑料(MPs)是污水处理厂中普遍检出的新兴污染物之一,目前研究主要集中于传统污水处理系统的污染水平及分布特征,但有关微塑料暴露对污泥颗粒化过程的研究鲜见报道.为探究微塑料对污泥颗粒化的诱导影响,选用环境中广泛检出的聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料(PET-MPs)作为研究对象,通过微塑料暴露试验研究PET-MPs对污泥造粒过程中系统潜能、胞外聚合物(EPS)组成和菌群富集特征的影响.结果表明,PET-MPs暴露显著加快污泥颗粒化进程,同时以蛋白质(PN)为主导的EPS含量上升会增强污泥表面疏水性,造粒速度和EPS分泌量与暴露粒径成正比,微塑料和EPS协同促进颗粒污泥的形成.然而微塑料持续暴露会导致系统除污性能恶化,250μm PET-MPs暴露下亚硝酸盐氮积累的负面影响最严重,浓度高达(5.08±0.24)mg·L^(-1).高通量测序结果进一步表明,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidota)是促进颗粒污泥形成的主要优势门;红环菌科(Rhodocyclaceae)、鞘氨醇杆菌科(Sphingomonadaceae)、黄杆菌科(Flavobacteriaceae)和红细菌科(Rhodanobacteraceae)通过增加分泌EPS促进污泥絮体凝聚;但丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)和几丁质菌科(Chitinophagaceae)的相对丰度降低会削弱氨氧化和亚硝酸盐氧化能力;红杆菌科(Rhodobacteraceae)、生丝单胞菌科(Hyphomonadaceae)和黄单胞菌科(Xanthomonadaceae)丰度降低则抑制硝态氮的去除.

Pb(Ⅱ)对好氧颗粒污泥系统的生物效应及其迁移转化机制

Pb(Ⅱ)会随工业的应用而残留在各类水体中,对人类和水生态构成潜在风险.以好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)为接种污泥,在序批式反应器中研究Pb(Ⅱ)对AGS的生物毒性及其迁移转化特性,同时探讨AGS对Pb(Ⅱ)的吸附行为与机制.结果表明,Pb(Ⅱ)会破坏AGS的三维结构,致使污泥生物量下降和沉降性能恶化.同时促进微生物分泌胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS),但由于污泥内部孔道堵塞使得微生物以EPS为碳源,且Pb(Ⅱ)的持续毒性超过EPS保护阈值,最终导致EPS含量由对照组的(295.90±6.22)mg·g^(-1)最低降至(217.23±7.35)mg·g^(-1).在20 mg·L^(-1)Pb(Ⅱ)的长期暴露下,AGS同步硝化反硝化作用明显削弱,导致TN去除率由对照组的97.15%大幅下降至70.04%.高通量结果表明,Exiguobacterium和Candidatus_Competibacter菌属在高浓度Pb(Ⅱ)的胁迫下成为优势菌属,而与脱氮相关的Pseudomonas菌群相对丰度锐减至6.87%.此外,当Pb(Ⅱ)进水浓度为1 mg·L^(-1)时,AGS可对其实现99.15%的高效去除.整个过程的吸附动力学可以用准二级模型充分解释,且由多种扩散机制调控.使用Freundlich等温线模型可以较好地描述Pb(Ⅱ)的吸附,Temkin模型也进一步证实化学吸附可在去除过程中起主导作用.结合扫描电子显微镜、X射线能谱仪和红外光谱表征结果,确定AGS对Pb(Ⅱ)的吸附机制是以表面络合和沉淀反应为关键途径,并伴有离子交换和静电吸附.