这篇文档属于类型b,即科学论文中的综述文章。以下是对该文档的详细介绍:
本文的主要作者包括Ying Yang、Guifeng Li、Zhida Li和Lu Lu,他们来自哈尔滨工业大学深圳校区土木与环境工程学院,同时也是城市水资源与环境国家重点实验室的成员。该综述文章于2024年4月28日在线发表在《Science of the Total Environment》期刊上,文章编号为172851,卷号为930。
本文的主题是探讨典型新兴污染物(Emerging Pollutants, EPs)在废水生物脱氮(Biological Nitrogen Removal, BNR)过程中对一氧化二氮(N₂O)排放的影响。N₂O是一种强效温室气体,其全球变暖潜势是二氧化碳的264倍,而废水处理过程中的BNR是N₂O的重要排放源之一。新兴污染物(EPs)广泛存在于废水中,并已被证明会影响BNR过程。然而,关于EPs对BNR过程中N₂O排放的潜在影响的深入讨论较少,且大多数文献中的实验参数与实际的BNR过程存在差异。因此,本文旨在总结现有文献,探讨典型EPs对N₂O排放的影响及其机制,并讨论一些容易被忽视的因素,如EPs的实际环境浓度、生物累积以及多种EPs共存对N₂O排放的影响。
本文首先综述了EPs对BNR过程中N₂O排放的潜在影响,特别是微塑料(Microplastics, MPs)、药品和个人护理产品(Pharmaceuticals and Personal Care Products, PPCPs)、全氟和多氟烷基物质(Per- and Polyfluoroalkyl Substances, PFASs)以及纳米颗粒(Nanoparticles, NPs)等典型EPs的影响。
微塑料(MPs):研究表明,MPs的存在会影响BNR过程中的脱氮和硝化过程。例如,聚乙烯(PET)微塑料会抑制脱氮过程,导致N₂O排放减少,但会增加氨氧化细菌(AOB)的活性,从而增加N₂O的排放。相反,聚氯乙烯(PVC)微塑料则会显著增加N₂O排放,特别是在高浓度下。
药品和个人护理产品(PPCPs):抗生素等PPCPs对N₂O排放的影响因种类和浓度而异。例如,氯四环素(CTC)在低浓度下会增加N₂O排放,但在高浓度下则抑制硝化过程。磺胺甲恶唑(SMX)则会显著增加N₂O排放,特别是在高浓度下。
全氟和多氟烷基物质(PFASs):全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)等PFASs对N₂O排放的影响较为复杂。PFOA在低浓度下会抑制硝化过程,但在高浓度下则会促进脱氮过程,从而减少N₂O排放。
纳米颗粒(NPs):不同类型的NPs对N₂O排放的影响差异较大。例如,二氧化钛(TiO₂)纳米颗粒会增加N₂O排放,而氧化锌(ZnO)纳米颗粒则会抑制N₂O排放。
本文详细探讨了EPs影响N₂O排放的机制,主要包括以下几个方面:
氮代谢酶活性的变化:EPs可以通过影响氨单加氧酶(Ammonia Monooxygenase, AMO)、羟胺氧化还原酶(Hydroxylamine Oxidoreductase, HAO)、硝酸盐还原酶(Nitrate Reductase, NAR)等关键酶的活性,从而影响N₂O的产生。
底物运输的影响:EPs可以通过改变底物的运输过程,影响氮的转化路径。例如,CTC与胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances, EPS)结合后,会阻碍细胞间的物质传递,导致不完全脱氮,从而增加N₂O排放。
功能菌群和功能基因的变化:EPs可以通过改变功能菌群的丰度和功能基因的表达,影响N₂O的产生。例如,SMX会抑制脱氮功能基因的表达,导致N₂O排放增加。
本文指出,大多数文献中使用的EPs浓度远高于实际废水中的浓度,因此需要进一步研究在实际环境浓度下EPs对N₂O排放的影响。此外,标准化检测方法的建立也是未来研究的重要方向。
实际废水中通常含有多种EPs,这些EPs之间的相互作用可能会影响BNR过程和N₂O排放。本文呼吁未来研究应关注多种EPs共存对N₂O排放的协同效应,并建议采用统计分析和深度学习模型来探索这些效应。
EPs在环境中的长期累积可能会对BNR过程和N₂O排放产生显著影响。本文建议未来研究应考虑EPs的长期累积效应,并结合BNR操作参数(如污泥停留时间)进行综合研究。
本文的综述为理解和缓解典型EPs对N₂O排放的威胁提供了重要见解。通过总结现有文献,本文不仅填补了当前研究的空白,还为未来研究提供了方向。具体而言,本文的意义体现在以下几个方面:
科学价值:本文系统地总结了EPs对BNR过程中N₂O排放的影响及其机制,为相关领域的研究提供了理论基础。
应用价值:本文提出的研究方向和策略有助于优化废水处理工艺,减少N₂O排放,从而为应对气候变化提供技术支持。
政策建议:本文呼吁建立更严格的EPs排放标准,并鼓励采用清洁生产技术,以减少EPs对环境的负面影响。
本文的亮点在于: - 系统地综述了典型EPs对BNR过程中N₂O排放的影响及其机制,填补了当前研究的空白。 - 提出了未来研究的方向,包括实际环境浓度下的EPs影响、多种EPs共存的协同效应以及长期暴露下的累积效应。 - 强调了标准化检测方法的重要性,并建议采用统计分析和深度学习模型来探索EPs的协同效应。
通过这篇综述,作者为理解和缓解EPs对N₂O排放的威胁提供了重要见解,并为未来研究提供了方向。