Pb(Ⅱ)对好氧颗粒污泥系统的生物效应及其迁移转化机制

作者：王显海; 谢周云; 王宇; 张妮; 谢晴帆; 徐佳杰; 杨国靖^*

来源：环境科学学报, 2022, 42(10): 208-222.

DOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0202

• Pb(Ⅱ)
• 好氧颗粒污泥
• 生物效应
• 迁移转化
• 吸附机制

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-1Pb(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.

• 单位
  浙江万里学院