纳米颗粒对污水处理厂脱氮除磷的影响研究
汇 报 人：郑 雄
指导教师：陈银广 教授
学
院：环境科学与工程
汇报日期：2011年11月18日
汇报提纲
1
自 我 介 绍
2
前期研究内容
3
课题研究背景
4
课题研究内容
5
未来研究方向
自我介绍
学习经历
2003年9月-2007年7月
南京大学学习，获学士学位
2007年9月-现在
同济大学攻读博士学位
自我介绍
发表文章
博士期间已发表SCI论文7篇（包括5篇环境领域权威杂志
Environmental Science & Technology），其中以第一作者身份
发表SCI论文4篇（包括2篇ES&T）。
1. Zheng X., Chen Y., Wu R. Long-term effects of titanium dioxide nanoparticles
on nitrogen and phosphorus removal from wastewater and bacterial community
shift in activated sludge. Environ. Sci. Technol., 2011, 45(17): 7284-7290.
2. Zheng X., Wu R., Chen Y. Effects of ZnO nanoparticles on wastewater
biological nitrogen and phosphorus removal. Environ. Sci. Technol., 2011, 45(7):
2826-2832.
3. Zheng, X., Tong, J., Li, H., Chen, Y. The investigation of effect of organic
carbon sources addition in anaerobic–aerobic (low dissolved oxygen) sequencing
batch reactor for nutrients removal from wastewaters. Bioresour. Technol., 2009,
100(9): 2515-2520.
自我介绍
4. Zheng, X., Chen, Y., Liu, C. Waste activated sludge alkaline fermentation
liquid as carbon source for biological nutrients removal in anaerobic followed by
alternating aerobic-anoxic sequencing batch reactors. J. Chem. Eng., 2010, 18(3):
478-485.
5. Zhang P., Chen, Y., Zhou Q., Zheng X., Zhu, X., Zhao Y. Understanding shortchain fatty acids accumulation enhanced in waste activated sludge alkaline
fermentation: Kinetics and microbiology. Environ. Sci. Technol., 2010, 44(24):
9343-9348.
6. Jiang Y., Chen, Y., Zheng X. Efficient polyhydroxyalkanoates production from
a waste-activated sludge alkaline fermentation liquid by activated sludge
submitted to the aerobic feeding and discharge process. Environ. Sci. Technol.,
2009, 43(20): 7734-7741.
7. Feng L., Chen, Y., Zheng X. Enhancement of waste activated sludge protein
conversion and volatile fatty acids accumulation during waste activated sludge
anaerobic fermentation by carbohydrate substrate addition: The effect of pH.
Environ. Sci. Technol., 2009, 43(12): 4373-4380.
前期研究内容
前期研究内容
国家863项目“城市污水深度同步生
物除磷脱氮新技术的研究”
(2007AA06Z326)
1
2
3
化学计量学
动力学研究
微生物代谢调控
Zheng X., et al.
Bioresour. Technol.
2009, 100: 2515-2520.
Zheng X., et al.
Chin. J. Chem. Eng.
2010, 18: 478-485.
Feng L., Chen Y., Zheng X.
Zhang P., Chen Y.,
Zhou Q., Zheng X.
Environ. Sci. Technol.
2010, 44: 9343-9348.
Environ. Sci. Technol.
2009, 43: 4373-4380.
Jiang Y., Chen Y., Zheng X.
Environ. Sci. Technol.
2009, 43: 7734-7741.
前期研究内容
微生物代谢调控
实际工程应用
动力学研究
目前研究工作
课题研究背景

纳米材料的定义：
至少有一维的尺寸小于 100 nm

独特性质:
较小的尺寸；
较大的比表面积；
较高的表面活性；

目前现状：
大量的工业产品和生活用品中
都包含了纳米材料；
全世界有大量的厂家生产着各种
不同种类和类型的纳米材料；
课题研究背景
利用金属氧化物纳米颗粒
ZnO和TiO2的特性：
化妆品和个人护理品中的纳米材料
全球最大化妆品公司之一，欧莱雅，
每年投入大量的资金用于研发纳米颗
粒相关的项目和申请产品专利。

吸收紫外线

反射其余的光线

纳米尺寸下变得透明
课题研究背景
包含纳米颗粒的产品越来越多
纳米颗粒渗透到了生活的方方面面
课题研究背景
纳米毒理学
关于纳米设备和纳米结构相
关生物效应及其问题的科学
纳米材料广泛应用，但是其潜在危害引起关注。
课题研究背景
世界上绝大多数的污水处理厂仍采用活性污泥法处理城市污水。
但是，目前没有任何关于纳米材料对污水生物脱氮除磷过程影响的研究。
课题研究内容
1、配水桶 2、进水泵 3、进水阀 4、SBR反应器 5、曝气头 6、磁力搅拌器 7、溶氧测定仪
8、溶氧测定仪显示器 9、曝气泵 10、排水阀 11、排水泵 12、排泥阀 13、排泥泵
厌氧-低氧序批式反应器（SBR）的结构示意图
课题研究内容
ZnO纳米颗粒对污水生物脱氮除磷工艺的影响
ZnO纳米颗粒对SBR反应器一个周期内氨氮（ NH4+-N）、亚硝氮
（ NO2--N）、硝氮（ NO3--N）和溶解性磷（ SOP ）的影响
课题研究内容
活性污泥对ZnO纳米颗粒的表面吸附及其细胞膜
完整性分析
课题研究内容
活性污泥对ZnO纳米颗粒的活表面吸附
课题研究内容
ZnO纳米颗粒对污水生物脱氮除磷过程中胞内代
谢物质糖原和聚羟基烷酸酯（PHA）的影响
课题研究内容
ZnO纳米颗粒对活性污泥当中具有脱氮除磷生物
催化活性关键酶的活力的影响
ZnO纳米颗粒导致了活性污泥的NR、PPX以及PPK活力的下降
课题研究内容
Influences
Intracellular
intermediate
metabolites,
such as PHA
and glycogen
Activities of
intracellular
enzymes,
such as NR,
PPX and PPK
Deteriorated nitrogen and
phosphorus removal
ZnO纳米颗粒对污水生物脱氮除磷的潜在影响以及作用机理
课题研究内容
Xiong Zheng, et al. Environ. Sci. Technol. 2011, 45: 2826-2832.
课题研究内容
TiO2纳米颗粒对污水生物脱氮除磷工艺长期影响
TiO2纳米颗粒对SBR反应器内氨氮（ NH4+-N）、亚硝氮（ NO2--N）、硝氮
（ NO3--N）和溶解性磷（ SOP ）出水的长期影响
课题研究内容
TiO2纳米颗粒对活性污泥微生物种群结构的影响

微生物多样性下降

氨氧化细菌（AOB）（Line 3）消失

聚磷菌（PAO）（Line 5, 8）仍然存在
课题研究内容
TiO2纳米颗粒对活性污泥功能微生物的丰度影响
Figure S1. Microscopes of activated sludge in the control SBR (without TiO2 NPs addition) (A1A5) and SBR 2 (with 50 mg/L TiO2 NPs addition) (B1-B5) after long-term exposure as visualized
by FISH. Ammonia-oxidizing β-Proteobacteria (AOB) was hybridized with AMCA-labeled
Nso1225 and Nso190 (blue, A1 and B1), nitrite-oxidizing bacteria (NOB) containing Nitrospira
spp. and the genus Nitrobacter was hybridized with TAMARA-labeled Ntspa662 and NIT3 (red,
A2 and B2). Candidatus Accumulibacter phosphatis (PAO) was hybridized with AMCA-labeled
PAO462, PAO651, and PAO846 (blue, A4 and B4). Probe EUBmix specially stained domain
Bacteria labeled with 6-FAM (green, A3 and B3, A5 and B5). The images analysis showed that
AOB, NOB and PAO were 8%, 6% and 46% in the control SBR and 1%, 3% and 49% in SBR 2.
课题研究内容
TiO2纳米颗粒对活性污泥当中具有脱氮除磷生物
催化活性关键酶的活力的影响
课题研究内容
TiO2纳米颗粒对污水生物脱氮除磷的长期影响以及机理
Xiong Zheng, et al. Environ. Sci. Technol. 2011 2011, 45(17): 7284-7290.
未来研究方向
未来研究方向
从计量学角度研究金属氧化物纳米颗粒对污水生
物脱氮除磷过程的影响
CO2
VFA
NADH2
糖原
PHA
Poly-P
ATP
Pi
未来研究方向
从动力学角度研究金属氧化物纳米颗粒对污水生
物脱氮除磷过程的影响
构建基于SCFAs代谢的动力学方程
SCFAs的厌氧吸收
dSSCFAs
SSCFAs
X PP X PAO
X GLY X PAO
 qSCFAs
X PAO
dt
K SCFAs +SSCFAs K PP + X PP X PAO K GLY + X GLY X PAO
糖原水解
dX GLY
SCFAs dSSCFAs
 YGLY
dt
dt
聚磷水解与SOP释放
dX PP
SCFAs dSSCFAs
Anaerobic
 YSOP
 m PAO
X PAO
dt
dt
dSSOP
SCFAs dSSCFAs
 YSOP
 m Anaerobic
X PAO
PAO
dt
dt
PHA合成
dS
dX PHA
 YPSCHAFAs SCFAs
dt
dt
感谢各位老师和同学的莅临指导！