CN112213276A - 一种评估污水中纳米金属氧化物污染对聚磷菌影响的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种评估污水中纳米金属氧化物污染对聚磷菌影响的方法，包括以下步骤：首先，人工模拟A/O工艺装置的搭建；然后模拟污水处理厂中的污水体系置；其次浓缩聚磷菌菌液的制备；人工模拟A/O工艺；将取得的水样离心，去上层清液用于测磷酸根PO4 3‑进而得出除磷率，然后将下层沉淀菌体冷冻干燥。本发明通过测定聚磷菌的除磷率以及聚磷菌体内聚磷酸盐的合成状况来评价复合新兴污染物在污水生化处理过程中的毒性。

Description

一种评估污水中纳米金属氧化物污染对聚磷菌影响的方法
技术领域
本发明属于污水处理中新兴污染物毒性领域，尤其涉及一种以聚磷菌为模式微生物的污水生化处理中新兴复合污染物的复合胁迫毒性的评价方法。
背景技术
氮和磷是众多生物的必要元素，但同时也是常见的污染物，过量的氮磷营养盐会引起水体富营养化，使水体中藻类及其他浮游生物迅速增长繁殖，水体中的溶解氧含量大幅下降，鱼类及其他水生生物会因为缺氧而大量死亡，从而打破水生态系统的生态平衡，甚至使整个水生态系统走向灭亡。活性污泥法可以将污水中的氮磷营养盐有效去除，聚磷菌可以通过自身代谢过程对水中磷进行转化去除，是活性污泥法中非常重要的微生物之一。
金属纳米材料包括纳米金属单质和纳米金属氧化物，可以在医药方面实现抗菌功能，可以在电子及能源领域发挥导电功能，也可以如纳米零价铁在环境治理中实现作用。随着多种多样纳米材料的使用、损耗以及遗弃，这些纳米材料就会进入大气环境、土壤环境和水环境中。目前，已有大量的研究报道环境水体中检出了多种金属纳米材料，包括纳米金(Ag)，纳米氧化锌(ZnO)以及纳米二氧化钛(TiO2)等。这些纳米材料可以通过产生活性氧(ROS)使得聚磷菌等微生物产生细胞氧化损伤。
抗生素主要是由细菌、霉菌或其他微生物产生的次级代谢产物或人工合成的类似物。抗生素往往不能被人体或动物完全吸收，大约70％的抗生素最终会进入环境中。我国各地的污水处理厂进水口以及活性污泥中都能检测到不同浓度的抗生素，包括喹诺酮类(环丙沙星，诺氟沙星)，磺胺类(磺胺甲恶唑，磺胺二甲嘧啶)，以及四环素类(红霉素，土霉素和四环素)等。
纳米材料和抗生素等新兴污染物经历一系列活动之后最终会进入城市废水处理系统，并且与活性污泥接触，并继而影响到污泥中的聚磷菌对于氮磷的去除。因此，了解新兴污染物复合胁迫对废水处理系统中聚磷菌的影响是很重要的。本发明提供一种评价污水中新兴污染物复合胁迫的方法：通过聚磷菌除磷率以及体内糖原和聚磷酸盐的合成情况，来评价复合新兴污染物在微生物水处理过程中的毒性。对探究新兴污染物在污水生化处理中的复合毒性有显著的实际应用意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以聚磷菌为模式的微生物污水处理中新兴复合污染物的复合胁迫的评价方法。该方法可以通过测定聚磷菌的除磷率以及聚磷菌体内聚磷酸盐的合成状况来评价复合新兴污染物在污水生化处理过程中的毒性。
本发明的技术方案是：一种评估污水中纳米金属氧化物污染对聚磷菌影响的方法，包括以下步骤：
(1)人工模拟A/O工艺装置的搭建；
(2)模拟污水处理厂中的污水体系，包括微量元素溶液，人工污水以及纳米氧化锌悬浊液以及抗生素溶液的配置；
(3)浓缩聚磷菌菌液的制备；
(4)人工模拟A/O工艺：向锥形瓶中加入不同浓度的纳米氧化锌悬浊液、人工污水、浓缩菌液以及去离子水然后放入恒温水浴摇床(30℃，120r/min)中。先向锥形瓶中通入氮气(N2)，以保证厌氧环境，厌氧培养2小时，随后停止通入N2好氧培养4小时。在反应开始，以及好氧阶段结束时各取一次水样，测定聚磷菌体内糖原和聚磷酸盐的含量；
(5)将取得的水样在6000r/min的转速下离心10分钟，去上层清液用于测磷酸根PO4 3-进而得出除磷率，然后将下层沉淀菌体冷冻干燥。使用冻干菌进行聚磷菌体内聚磷酸盐的测定，并以此计算诺氟沙星和纳米氧化锌复合胁迫对聚磷菌的影响效果。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明使用离心并冻干后的聚磷菌来测定聚磷酸盐的含量，能够尽可能的排除体外的磷酸根的干扰。
(2)本发明通过对聚磷菌除磷率以及聚磷菌体内的聚磷酸盐含量的测定，来评价污水中复合新兴污染物在微生物水污染处理过程中的毒性。目前相关方案研究较少，具有实际应用价值。
附图说明
图1纳米氧化锌nZnO和诺氟沙星NOR复合胁迫对聚磷菌除磷率的影响；
图2纳米氧化锌nZnO和诺氟沙星NOR复合胁迫对聚磷菌聚磷酸盐合成的影响。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本实施选取一种从强化生物除磷活性污泥系统(EBPR)中分离出的除磷菌作为研究对象，选取纳米氧化锌作为典型的纳米金属氧化物，诺氟沙星作为典型的抗生素，来评价新兴污染物的复合胁迫其对聚磷菌的影响。
(1)首先搭建模拟污水处理厂A/O工艺的系统。
(2)模拟污水处理厂中的污水体系：包括微量元素溶液，人工污水以及纳米氧化锌悬浊液以及抗生素溶液的配置，浓缩聚磷菌菌液的制备。
(3)表1表示模拟的污水体系的组成，其中控制纳米氧化锌和诺氟沙星的浓度分别为1.5mg/L和10mg/L。
Figure BDA0002697235350000031
(4)模拟系统搭建完成后，立刻从每个锥形瓶中取5mL水样，作为反应初始点的水样A。控制氮气瓶以6-9L/min的速度向锥形瓶中通入氮气，在120rpm，30℃的水浴摇床中避光厌氧培养2h。然后再用无菌透气膜封口，在140rpm，30℃的水浴摇床中避光好氧培养4h；反应结束后，立马从每个锥形瓶中取5mL水样，作为好氧反应结束的水样B。
(5)将水样A和B在6000r/min的转速下离心10分钟，用1mL无菌注射器吸取清液过0.22微米滤膜，用于测磷酸根PO4 3-，取下层沉淀菌体，并用去离子水冲洗一次菌体。然后，使用冷冻干燥机，使菌体在-45℃，10Pa的环境下冷冻干燥脱水48h，获得冻干细菌。
(6)聚磷酸盐的测定：用电子天平称取冻干细菌10mg左右放入50mL具塞玻璃比色管中，添加25mL去离子水和4mL 5％的过硫酸钾，用纱布和线绳包住比色管的塞子，放入高压灭菌锅中，于120℃下消解30min。冷却后定容，过0.22μm水相聚醚砜滤膜。取1～2mL以钼锑抗分光光度法进行定量分析。
(7)除磷率的抑制率以及聚磷酸盐生成率和抑制率按照式(1)和式(2)分别进行计算
Figure BDA0002697235350000041
Figure BDA0002697235350000042
(8)根据本发明的评估方案，在纳米氧化锌的污染条件下，聚磷菌的除磷率，以及聚磷菌体内聚磷酸盐的合成率都受到不同程度的抑制，而诺氟沙星则会影响抑制聚磷菌的除磷率和聚磷酸盐的合成。这种结果符合文献记载，证明以聚磷菌作为模式微生物来评估新兴污染物的复合毒性是可行的，证明了本方法的科学性。
最重要的是，纳米氧化锌nZnO与诺氟沙星NOR复合胁迫下，复合组的除磷率以及聚磷酸盐和糖原的合成的抑制率均低于对应单一组的抑制率之和，说明纳米氧化锌nZnO与诺氟沙星NOR共存的情况下毒性降低了，对聚磷菌产生了拮抗作用。

Claims (3)

1.一种评估污水中纳米金属氧化物污染对聚磷菌影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)人工模拟A/O工艺装置的搭建；
(2)模拟污水处理厂中的污水体系，包括微量元素溶液，人工污水以及纳米氧化锌悬浊液以及抗生素溶液的配置；
(3)浓缩聚磷菌菌液的制备；
(4)人工模拟A/O工艺；
(5)将取得的水样离心，去上层清液用于测磷酸根PO4 3-进而得出除磷率，然后将下层沉淀菌体冷冻干燥。
2.根据权利要求1所述的一种评估污水中纳米金属氧化物污染对聚磷菌影响的方法，其特征在于，所述步骤(4)向锥形瓶中加入不同浓度的纳米氧化锌悬浊液、人工污水、浓缩菌液以及去离子水然后放入恒温水浴摇床30℃，120r/min中：先向锥形瓶中通入氮气(N2)，以保证厌氧环境，厌氧培养2小时，随后停止通入N2好氧培养4小时,在反应开始，以及好氧阶段结束时各取一次水样，测定聚磷菌体内糖原和聚磷酸盐的含量。
3.根据权利要求1所述的一种评估污水中纳米金属氧化物污染对聚磷菌影响的方法，其特征在于，使用冻干菌进行聚磷菌体内聚磷酸盐的测定，并以此计算诺氟沙星和纳米氧化锌复合胁迫对聚磷菌的影响效果。
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