纳米银胁迫下人工湿地深度处理系统除污性能研究

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近年来,纳米技术快速发展,纳米颗粒的应用深入到生活的方方面面,从而导致纳米颗粒不可避免地进入到水体环境中。纳米银(AgNPs)因其具有较强的抗菌性能,成为应用最为广泛的纳米颗粒之一,其暴露可能会对环境产生潜在的负面影响。因此,AgNPs的毒性机理及相应的环境效应值得深入研究。本研究以黄菖蒲下行流人工湿地生态系统为研究对象,考察低浓度(0.5mg/L)、高浓度(2mg/L)的AgNPs、Ag+、Ag2S-NPs暴露对污水深度处理系统除污性能的影响。结果表明,低浓度(0.5mg/L)的AgNPs、Ag+、Ag2S-NPs暴露对湿地COD去除效果无显著影响,AgNPs的暴露影响了NO3--N去除,Ag2S-NPs的暴露影响了NH4+-N的去除,Ag+的暴露对NO3--N、NH4+-N的去除均有影响,同时Ag2S-NPs影响了磷的去除。高浓度(2mg/L)的AgNPs、Ag+、Ag2S-NPs暴露影响了湿地对COD的去除,毒性最大时刻的抑制效应表现为AgNPs>Ag+>Ag2S-NPs,三种赋存形态的银均抑制了NH4+-N的去除,AgNPs、Ag+抑制了NO3--N去除而Ag2S-NPs对NO3--N去除没有明显的抑制作用,对除磷的抑制效应表现为Ag+>AgNPs≈Ag2S-NPs。以黄菖蒲人工湿地生态系统为研究对象,考察低浓度(0.5mg/L)、高浓度(2mg/L)的AgNPs暴露下,湿地水流流向(上行流和下行流)对污水深度处理系统除污性能的影响。结果表明,低浓度(0.5mg/L)AgNPs暴露下,不同水流流向的两组湿地系统COD和TP的去除均未受到显著影响,但在脱氮方面,上行流优于下行流湿地系统。高浓度(2mg/L)的AgNPs暴露下,下行流湿地系统COD去除受到抑制,脱氮效果抑制明显,而上行流湿地系统脱氮受到的抑制作用较小。除磷虽然都受到了影响,但是上行流湿地系统恢复能力明显优于下行流湿地系统。总而言之,上行流湿地系统不论在除污性能还是抵抗毒性、解毒能力方面都优于下行流湿地系统。经过0.5mg/L(50天)和2mg/L(100天)的连续暴露,考察三种赋存形态的银在湿地系统中的迁移归趋。结果表明,黄菖蒲人工湿地对于三种赋存形态的银均有良好的去除作用,且三种赋存形态的银对下行流湿地系统中黄菖蒲生物量均没有显著影响,而AgNPs暴露反而促进了上行流湿地系统中黄菖蒲生物量的增加。三种赋存形态的银中,AgNPs在基质中的迁移能力最强,Ag+在植物黄菖蒲中的转移和富集能力最强,而Ag2S-NPs转移能力表现出一定的惰性。植物在除银过程中发挥的作用较小,基质是除银的主力,下行流湿地系统95%以上的银被沙层吸附,上行流湿地系统AgNPs主要被沸石、砾石层拦截吸附。
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