模拟垂直流人工湿地对纳米银的去除研究

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纳米银颗粒是粒径在1-100nm的金属银单质,由于具有优异的杀菌性能,被广泛应用于医疗、纺织、化妆品、水质净化、保健品等多个领域,是目前应用最广泛、发展最快的纳米材料之一。大量纳米银在生产、使用以及废弃处理过程中会不可避免地释放到环境中,增加人体和环境的暴露风险,由此引发了人们对其生态环境安全的担忧。因此,如何有效去除环境中的纳米银,降低其对环境的危害日益成为众多学者研究的热点,但有关人工湿地对纳米银去除的研究仍然比较匮乏。基于以上认识,本课题利用模拟垂直流人工湿地,主要研究了纳米银在人工湿地中的去除行为,论文主要取得以下成果:  首先,研究了垂直流人工湿地对纳米银的去除效果及其影响因素。在为期4个月的实验中,我们发现垂直流人工湿地能够保持对纳米银的高效稳定去除,其对纳米银的平均去除率为78.5%。湿地中的植物在纳米银的去除过程中起着十分重要的作用,植物的存在显著增加了人工湿地去除纳米银的效率(78.5%vs41%)(p<0.05)。相比之下,植物存在与否并不影响湿地对银离子的去除效果(99.44%vs.93.19%)。湿地运行的水力负荷对纳米银的去除率有一定的影响,但湿地深度对纳米银的去除率没有显著性的影响,表明湿地对纳米银的去除主要发生在湿地上层。  其次,研究了纳米银在人工湿地中的归趋。进入湿地中的纳米银大部分都是被湿地基质吸附(97.77%),表明基质在纳米银的去除过程中起着主要的作用,且被吸附的纳米银主要分布在湿地的表层。进一步对比了不同湿地基质吸附纳米银颗粒性能差异。结果显示,碎石、陶粒、活性炭、沸石吸附纳米银均符合Freundlich方程,表明吸附以单层吸附为主,且它们的最大吸附容量分别为281.97mg/kg、2000mg/kg、434.78mg/kg、434.78mg/kg。其中,陶粒的吸附容量显著高于其他的3种基质,活性炭对纳米银的吸附能力是最大的。但是活性炭对纳米银的吸附主要是靠物理性吸附为主,这种吸附比较脆弱。  最后,研究了纳米银对湿地的影响。伴随着湿地中纳米银的积累,其对湿地中的植物和微生物都产生一定的影响。植物的根系活力和过氧化物酶活性受纳米银长期暴露均出现显著性的降低,但植物的生物量却反而增加,这表明纳米银对湿地生态系统的影响相对有限。另外,受纳米银影响,湿地中生物膜的量明显下降,表明纳米银可能对湿地中微生物具有毒副作用。由于湿地缺乏碳源和纳米银有一定的毒性,抑制了微生物的生长,因此微生物在纳米银去除的过程作用不明显。  论文研究成果初步揭示了纳米银在垂直流人工湿地的去除规律,为去除和控制环境纳米颗粒提供了科学依据。
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