随着纳米技术的快速发展,纳米材料应用范围的逐渐扩大,不同种类纳米颗粒无法避免的进入到水环境中。作为水环境的中转枢纽,污水处理系统担任着集中处理着多种废水的职能,而在接收废水的过程中纳米颗粒也会随之进入到污水处理系统中,为了系统的探究纳米颗粒对污水处理系统的影响,本文在实验室构建序批示(SBR)反应器,以污水处理中的三种常见纳米颗粒(纳米银、纳米氧化锌、多壁碳纳米颗粒)为对象,研究不同种类、不同浓度、不同作用时间下纳米颗粒对SBR系统污水处理效能以及系统微生物菌群的影响,分析不同纳米颗粒在污水处理系统脱氮除磷效能上的影响规律,探究不同纳米颗粒影响污水处理系统的机理,预测纳米颗粒对污水处理厂产生危害的程度,找出SBR系统对纳米颗粒的限制值,并分析对比不同纳米颗粒影响SBR系统氮磷去除效能及机理,为污水处理厂正常运行提供理论支持。为探究纳米颗粒对SBR系统脱氮除磷效能的影响规律,本文对比分析三种常见纳米颗粒(纳米银、纳米氧化锌、多壁碳纳米颗粒)在不同浓度(0.5 mg/L、2.5 mg/L、10 mg/L)下短期暴露(6 h内取样间隔30 min取样)及长期暴露(60d内取样间隔12 h取样)情况下,实验室SBR系统出水氮磷指标的浓度变化趋势。得出结果如下:(1)短期暴露(6 h)纳米颗粒后,系统对氮磷指标的去除效果没有影响,暴露于纳米颗粒的系统对氨氮及可溶性磷酸盐的去除率平均达到95%和90%以上,亚硝态氮及硝态氮与空白组浓度差在0.1 mg/L-0.5 mg/L。(2)长期暴露(60 d)纳米颗粒后,0.5 mg/L纳米颗粒的暴露对系统脱氮除磷效能不产生影响;暴露于2.5 mg/L纳米颗粒的系统对氨氮,可溶性正磷酸盐(SOP)的去除效率在纳米颗粒暴露30-35 d后开始降低,平均低于空白对照组3.98%和8.3%,系统亚硝态氮浓度比空白组平均升高0.33 mg/L,硝态氮浓度平均降低1.16mg/L,这种水处理能力降低的现象在10 mg/L纳米颗粒暴露的系统中更加明显,其中对氨氮和SOP的处理效率平均低于原始8.8%和20.96%,出水亚硝态氮高达1.13 mg/L,出水硝态氮浓度达到2.2 mg/L。为进一步探究纳米颗粒影响SBR系统脱氮除磷的机理,在纳米颗粒长期暴露情况中(20 d为一时间节点)对系统污泥生物量(MLVSS/MLSS)、污泥沉降比(SV)、胞外聚合物(EPS)以及乳酸脱氢酶(LDH)进行监测,在长期暴露60 d后,对系统污泥呼吸抑制率、表面形态及系统微生物菌群进行分析,结果如下:(1)0.5 mg/L纳米颗粒长期暴露下,暴露系统对系统污泥活性形态及微生物菌群不产生影响,系统污泥活性各指标较空白组差异在较小范围内,污泥表面形态良好,微生物菌群功能性菌的丰度值稳定。(2)2.5 mg/L纳米颗粒长期暴露下,系统污泥各指标随作用时间增长开始产生活性降低的结果,其中MLVSS/MLSS较空白组平均降低11.87%,SV值平均升高5.83%,蛋白质及多糖含量平均降低7.68及6.07 mg/g。污泥系统开始产生部分细胞破裂的表面形态,系统微生物多样性开始降低,其中脱氮功能菌Nitrospirae(硝化螺旋菌门)丰度降低1.3-1.47%,除磷功能性菌β-Proteobacteria(β-变形菌纲)丰度降低1.14-2.38%。功能性菌丰度的降低表明系统水处理效能开始产生变化。(3)10 mg/L纳米颗粒长期暴露下,系统污泥各指标产生明显恶化的现象,其中污泥生物量及沉降比较空白组相差值一度达到22.7%和17.23%,达到污泥膨胀初期的临界值,系统胞外聚合物含量随作用时间延长而降低,蛋白质及多糖含量平均降低19.17 mg/g和15.4 mg/g。在微生物菌群方面,脱氮功能菌Nitrospirae(硝化螺旋菌门)的丰度平均降低2.55%,除磷功能性菌β-Proteobacteria(β-变形菌纲)的丰度平均降低4.19%。污泥活性及功能性菌丰度的降低导致系统脱氮除磷效能的恶化。试验研究得出,当纳米颗粒暴露浓度大于2.5 mg/L时,开始对污水处理系统脱氮除磷效能、污泥活性产生抑制作用,且其作用随暴露时间延长而增大,对污泥表面形态和微生物菌群产生不良影响。污泥系统活性指标实验结果及机理研究为纳米颗粒在污水处理系统中的限制暴露浓度提供一定数据支持,为污水处理厂的安全运行提供理论支持。