ZnO-NPs对好氧反硝化细菌Zobellella sp.B307的致毒机制

本文以一株筛自胶州湾沉积物中的好氧反硝化细菌Zobellellasp.B307为研究对象,在短期暴露条件下,通过细菌的生长、脱氮能力,相关酶活以及代谢途径等指标的变化,研究纳米氧化锌(ZnO-NPs)对该菌株的毒性效应;结合锌离子溶出试验、CAT和ROS等氧化应激水平测定,探讨ZnO-NPs对该菌株的致毒机制.结果表明,200mg/L的ZnO-NPs会使菌株硝酸盐氮去除率降至57.53%,LDH升高至对照组的378%,ROS水平高达对照组的5.34倍,SOD活性比对照组升高了60.32%,NIR活性仅为对照组的14.46%;ZnO-NPs主要通过诱导菌株活性氧的生成使其膜通透性改变、相关酶活性下降,并使相关蛋白质、氨基酸的合成及基因表达等代谢通路受到影响,进而抑制该菌株的反硝化能力;游离锌离子的产生可能不是ZnO-NPs对菌株的主要致毒途径.

ZnO-NPs对反硝化同时甲烷化体系抑制作用的数学模拟

通过建立反硝化同时甲烷化(SDM)扩展模型,动态模拟ZnO-NPs对酸化菌、产甲烷菌和反硝化菌的抑制作用.结果表明,该模型能较好地用于分析ZnO-NPs对SDM体系的抑制作用,主要表现为底物利用速率的抑制.在ZnO-NPs的抑制效应上产甲烷菌比反硝化菌更敏感.添加50、100、200 mg·L^(-1)的ZnO-NPs使甲烷量分别降为对照的96.2%、79.9%、62.8%,但氮气产量未受影响.结合遗传算法和回归拟合,对生化过程底物利用速率和抑制性常数进行估计,得到:KI,NO_2=0.00007<KI,NO_3=0.042;KI,ZnO,bu=0.094<KI,ZnO,pro=0.10<KI,ZnO,ac=4.45,证实了NO_2^-对产甲烷菌的抑制强于NO_3^-,ZnO-NPs对酸化菌的抑制强于产甲烷菌.

ZnO纳米颗粒对SBR活性污泥活性的影响

建立了模拟的SBR反应器,并研究了ZnO纳米颗粒(ZnO-NPs)对SBR活性污泥活性的影响.结果表明低浓度(10mg/L)ZnO-NPs对活性污泥活性无明显抑制作用.较高浓度下,ZnO-NPs对活性污泥沉降性能呼吸速率 EPS和SMP产量及其组成有机物降解效率等具有明显影响.20,50,100mg/L ZnO-NPs使COD去除率分别降低8.1%,19.5%和27.7%,使污泥沉降性能分别降低24.2%,35.0%和36.0%,使MLVSS/MLSS比值分别降低8.0%,14.7%和21%,使活性污泥呼吸速率抑制率达到54.0%,79.0%和80.3%;使EPS产量分别降低29.0%,49.9%和65.4%,使SMP产量分别升高48.9%,102.6%和203.0%.研究表明,较高浓度ZnO-NPs能够抑制污泥代谢,降低活性污泥生物量,显著抑制活性污泥活性.

纳米氧化锌对斑马鱼肠组织的氧化损伤

为探讨纳米氧化锌颗粒(ZnO-NPs)对斑马鱼肠组织的损伤及损伤机理,研究了ZnONPs对肠组织结构、抗氧化酶活性及相关凋亡基因表达的影响。将斑马鱼分别暴露于浓度为0、0.05、0.1、5、10、25和50 mg/L的ZnO-NPs水体中,在4、24和96 h时,用比色法测定了肠组织中丙二醛(MDA)含量、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、谷胱甘肽硫转移酶(GST)活性;用实时荧光定量法测定了Bcl-2、Bax、p53和MDM2 mRNA表达水平的变化;在第7、15和30天时用H.E染色技术观察了肠组织解剖结构变化。与对照组相比,实验组结果显示:斑马鱼肠中的MDA含量均高于对照组;随着时间的延长,组织中GSH-PX和GST活性呈先升高后下降的趋势;肠组织中Bax/Bcl-2和p53的mRNA的表达量均升高,而MDM2的mRNA表达量则随着时间的延长和浓度的增加表现为先降低后升高;H.E染色观察到肠组织结构发生变化,表现为杯状细胞增多,肿胀变形,部分细胞质空泡化,肠中淋巴细胞增多,肠绒毛侵蚀变形,且有时间和浓度依赖性。结果表明:ZnO-NPs能诱导斑马鱼肠组织产生氧化应激作用,使组织中抗氧化酶活性发生变化,诱导肠中细胞凋亡相关基因的表达,并且能对肠组织结构造成损伤。

氧化锌纳米颗粒对污泥厌氧消化过程的影响研究

建立了污泥厌氧消化反应器,以氧化锌纳米颗粒(ZnO-NPs)为研究对象,研究了不同浓度ZnO-NPs(0,2,30,60,90,120,150mg/g-VSS)对污泥厌氧消化过程的影响,分析了可能存在的剂量-效应关系.低浓度(2mg/g-VSS)ZnO-NPs对污泥厌氧消化过程影响较小;较高浓度下,ZnO-NPs对污泥厌氧消化产气效率、有机物降解效率和污泥减量效果等具有显著影响,而对挥发酸产量及其组成无显著影响.ZnO-NPs暴露浓度为30,60,90,120mg/g-VSS时,平均日产气量直线下降,在120mg/g-VSS浓度后平均日产气量为对照组的10%左右.ZnO-NPs对有机物降解效和污泥减量存在明显抑制作用,且随着ZnO-NPs浓度的升高,SCOD去除率、TCOD去除率和R_(VSS/TSS)值降低.ZnO-NPs浓度升高到120mg/g-VSS时,SCOD去除率、TCOD去除率和R_(VSS/TSS)值分别减少到对照组的3%、36.5%和74%.此外,当ZnO-NPs暴露浓度从2mg/g-VSS升高到150mg/g-VSS时,污泥减量率从23%左右下降至4.8%左右.

纳米氧化锌对厌氧污泥中微生物内源代谢产物和膜污染性能的影响

从厌氧污泥的角度,探究ZnO-NPs对微生物内源代谢产物(BAP)产量和膜污染性能的影响。在实验室培养的厌氧污泥中投加不同浓度的ZnO-NP,通过序批式实验和过滤实验,分别考察ZnO-NP作用下BAP的产量和膜污染性能的变化规律。发现在ZnO-NPs的短期暴露下,BAP和胞外聚合物(EPS)的总量都随着ZnO-NPs浓度的增加而增加。当ZnO-NPs浓度为300 mg·L^(-1)时,BAP和EPS的7 d总产量相较于空白对照组,增幅分别为303.4%和112%,远远高于其他实验组。过滤实验发现,随着ZnO-NPs的增加,BAP的膜污染性能不断增加。此外,通过扫描电镜(SEM)和三维荧光光谱(EEM)分别对污泥形态和BAP特性进行研究,发现在ZnO-NPs短期暴露下,ZnO-NPs的浓度越高,其对厌氧污泥的形态和BAP特性影响越大。