摘要：本文设计了两种氧化石墨烯暴露浓度，并对不同氧化石墨烯暴露浓度下人工湿地COD、氨氮和总磷的去除效果进行了考察。
关键词：氧化石墨烯;人工湿地
1、前言
氧化石墨烯具有良好的强度、柔韧性、导电性、导热性以及光学特性，使其在生物医学、电子器件、能源、环境保护等领域具有广阔的应用前景[1]。近年来，人工纳米材料的大规模生产使用，必将导致纳米颗粒在环境中释放，形成“纳米污染”。有研究对比了石墨、氧化石墨、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯四种材料的抗菌性，结果显示氧化石墨烯具有最高的细胞毒性[2]。
人工湿地作为一种绿色友好的新型生态污水处理技术，主要通过物理、化学和生物三者协同作用去除污染物，具有投资低、易管理、抗冲击负荷强等优点，被广泛应用于各种污水处理[3]。人工湿地对有机物的去除主要由好氧异养型微生物完成[4]，除磷主要依靠基质吸附、沉淀、植物吸收等作用，脱氮主要通过微生物硝化/反硝化作用完成。试验拟开展氧化石墨烯进入湿地后对湿地污水处理功能的影响研究，为纳米材料的规范使用和管理提供理论支撑。
2、实验搭建
2.1氧化石墨烯分散液
使用氧化石墨烯分散液由单层氧化石墨烯片状配制，购自南京先丰纳米材料科技有限公司，材料具体参数如下：单层率>99%，厚度 0.8～1.2nm，纯度>99%，浓度2500mg/L。
2.2试验配水
采用人工配制的合成污水，试验污水模拟城镇生活污水[5]，COD、NH+ 4-N、-N、TN、TP进水理论浓度为 200 mg/L、20 mg/L、7 mg/L、30 mg/L 和 4 mg/L。
2.3人工湿地实验装置
构建3组直径 D=0.2m，高度H=0.65m的圆柱形人工湿地装置，湿地基质选用天然河沙以及砾石，植物选用黄菖蒲。有研究表明，在处理含纳米银的废水中，黄菖蒲相较于伞莎草、花叶芦竹表现出最高的脱氮除磷能力[6]。
装置结构示意图以及填料级配如图2-2所示。装置河沙表面平铺2cm砾石层，以防冲刷河沙。装置底部设置D=2cm的多孔排水管，作为装置出水采样口。对照组湿地不投加氧化石墨烯，W2和W3两组湿地分别投加浓度0.5mg/L以及浓度5mg/L氧化石墨烯合成污水。
3、氧化石墨烯对人工湿地除污性能的影响
3.1 COD去除效果影响
运行期间，对照组湿地W1的出水平均COD去除率95.00%， 湿地W2的出水平均COD去除率93.52%，湿地W3的出水平均COD去除率93.10%。如图3-1所示，运行期间湿地COD去除能力并未受到明显影响。
3.2对NH4+-N去除效果影响
运行期间，湿地W1平均-N去除率为85.92%，湿地W2平均-N去除率为79.21%，湿地W3平均-N去除率为79.75%。如图3-2所示，湿地W2、W3的-N去除率与对照组湿地W1的差距逐渐增大，氧化石墨烯投加对人工湿地的-N去除效果造成了长期抑制。
3.3对TP去除效果影響
湿地W1的平均TP去除率为 95.75%，湿地W2的TP平均去除率为94.79%，湿地W3的TP平均去除率为 95.01%。如图 3-3 所示，三组湿地TP的去除能力总体呈现出逐渐下降的趋势，且本次试验设计氧化石墨烯浓度会对人工湿地TP去除效果造成不利影响。
4、结论
（1）与对照组湿地相比，2组氧化石墨烯暴露组湿地均具有较高的COD去除效果， 氧化石墨烯暴露120天对COD去除效果无明显影响。
（2）与对照组湿地相比，氧化石墨烯暴露对湿地-N去除效果产生明显的抑制作用，且对 -N去除的抑制程度明显依赖于氧化石墨烯暴露浓度和暴露时间。
（3）不同浓度GO投加初期，湿地除磷能力出现了不同程度的下降，且抑制程度与氧化石墨烯浓度呈正相关性。
参考文献
[1] ZHANG L， XIA J， ZHAO Q， et al. Functional graphene oxide as a nanocarrier for controlled loading and targeted delivery of mixed anticancer drugs [J]. small， 2010， 6（4）： 537-44.
[2]LIU S， ZENG T H， HOFMANN M， et al. Antibacterial activity of graphite， graphite oxide， graphene oxide， and reduced graphene oxide： membrane and oxidative stress [J]. ACS nano， 2011， 5（9）： 6971-80.