Microbial response to the chronic toxicity effect of graphene and graphene oxide nanomaterials within aerobic granular sludge systems

石墨烯 纳米材料 氧化物 纳米毒理学 毒性 环境化学 化学 化学工程 纳米技术 材料科学 纳米颗粒 冶金 工程类 有机化学
作者
Ming Zhang,Guokai Fu,Wenxin Shi,Xueli Feng,Piet N.L. Lens,Bing Zhang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:477: 135350-135350 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.135350
摘要

Nanomaterials present in wastewater can pose a significant threat to aerobic granular sludge (AGS) systems. Herein, we found that compared to graphene nanomaterials (G-NMs), the long-term presence (95 days) of graphene oxide nanomaterials (GO-NMs) resulted in an increased proliferation of filamentous bacteria, poorer sedimentation performance (SVI30 of 74.1 mL/g) and smaller average particle size (1224.4 µm) of the AGS. In particular, the GO-NMs posed a more significant inhibitory effect to the total nitrogen removal efficiency of AGS (decreased by 14.3 %), especially for the denitrification process. The substantial accumulation of GO-NMs within the sludge matrix resulted in a higher level of reactive oxygen species in AGS compared to G-NMs, thereby inducing lactate dehydrogenase release, and enhancing superoxide oxidase and catalase activities. Such excessive oxidative stress could potentially result in a significant reduction in the activity of nitrogen metabolism enzymes (e.g., nitrate reductase and nitrite reductase) and the expression of key functional genes (e.g., nirS and nirK). Altogether, compared to G-NMs, prolonged exposure to GO-NMs had a more significant chronic toxicity effect on AGS systems. These findings implied that the presence of G-NMs and GO-NMs is a hidden danger to biological nitrogen removal and should receive more attention.

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