Effects of aging and transformation of anatase and rutile TiO2 nanoparticles on biological phosphorus removal in sequencing batch reactors and related toxic mechanisms



Download 5,45 Mb.
Pdf ko'rish
bet28/28
Sana22.01.2022
Hajmi5,45 Mb.
#400831
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   28
Bog'liq
Effects of aging and transformation of anatase and rutile TiO2 nanoparticles on biological phosphorus removal in sequencing batch reactors and related toxic mechanisms

(A)

(B)

(C)

Journal Pre-proof




38 

 

Fig. 4 (A) 

UPGMA clustering tree based on Weighted unifrac distance (distribution of 

phyla) and (B)

 

Percentage of representative abundance of genera in activated sludge. 



A,  B,  C,  D,  and  E  represent  the  control,  TiO

2

-A,  aTiO



2

-A  TiO


2

-R,  and  aTiO

2

-R 


respectively. 

(A)

(B)

Journal Pre-proof




39 

 

(T



iO

2

-A)

(C

o

ntr

o

l)

(a

T

iO

2

-A)

(T

iO

2

-R)

(a

T

iO

2

-R)

Merged-images

Live cell-images

Dead cell-images

(a)

(a1)

(a2)

(b)

(c)

(d)

(e)

(b1)

(c1)

(d1)

(e1)

(b2)

(c2)

(d2)

(e2)

(A)

Journal Pre-proof




40 

 

Fig. 5 

(A) Confocal laser scanning microscope (CLSM) images of bacterial activity in 

sludge


 

stained  with  doubling  SYTO®  9  dye/Propidium  iodide  after  exposure 

experiment  (50  mg/L).  (B)  Ultra-structural  changes  (TEM  images)  of  bacterial  cells 

after  50  mg/L  TiO

2

-NPs  interaction  with  activated  sludge  with  the  EDS  images  of 



their corresponding sludge. Green arrows, red arrows and purple arrows refer to living 

cells, dead or erosive cells, TiO

2

-NPs or its aggregates respectively. 



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Ti

Ti

Ti

Ti

(b1)

(c1)

(d1)

(e1)

(B)

(Control)

(TiO

2

-A)

(aTiO

2

-A)

(TiO

2

-R)

(aTiO

2

-R)

Journal Pre-proof




41 

 

Fig. 6

 (A) The LDH release in five different exposure groups were used to assess the 

leakage  of  cytoplasmic  membrane.  (B)  The  crystalline-dependent  extracellular  and 

intracellular  titanium  concentration  in  activate  sludge.  Error  bars  represent  standard 

deviations  of  triplicate  measurements.  Different  letters  indicate  that  there  are 

statistical differences between groups (

p

 < 0.05). 

 

 

(A)



(B)

Journal Pre-proof




42 

Table 1

 Physicochemical parameters of TiO

2

-NPs used in this study. 



TiO

2

-NP 

samples 

Crystalline phase (%)

a

 

Crystallite 

size (nm)

a

 

Average particle 

size (nm)

b

 

Surface area 

(m

2

 g

-1

)

c

 

Eg (eV)

d

 

Assay (trace 

metal basis)

b       

 

Milli-Q water (0 hour after ultrasound )

e

 

Hydrodynamic 

diameter (nm) 

Zeta potential 

(mV) 

TiO


2

-A 


100% anatase 

14.1 


10.0 

87.0 


3.20 

99.8% 


42±16 

16.2±5.2 

aTiO

2

-A 



97.8% anatase; 2.2% 

others

 

14.1 



25.8 

71.2 


3.24 

97.1% 


56±22 

-25.1±7.5 

TiO

2

-R 



100% rutile 

29.8 


40.0 

24.0 


3.02 

99.8% 


89±35 

22.4±6.8 

aTiO

2

-R 



98.5% rutile; 1.5% 

others

 

29.8 



54.3 

23.1 


2.97 

98.2% 


101±57 

-28.2±10.2 

Abbreviations: Eg, Band gap.   

Others 

represent the titanium metal (Fe, Al, Cu, etc.) oxides and halite (NaCl etc.), namely the inclusions. 



a

:

 

were

 

confirmed



 

by XRD patterns. 



b

:

 

were provided by the sample nameplate and ICP-MS and total organic carbon (

TOC)


 analysis (He et al. 2016). 

c

:

 



were obtained from BET. 

d

:

 

were calculated from UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy. 

e

:

 



were determined via Dynamic Light Scattering (DLS) using Malvern Zetasizer Nano ZS90 equipment (10 mg/L NPs). 

 

Reference



 

He, X., Sanders, S., Aker, W.G., Lin, Y., Douglas, J. and Hwang, H.-m. (2016) Assessing the effects of surface-bound humic acid on the phototoxicity of anatase and rutile 

TiO2 nanoparticles in vitro. Journal Of Environmental Sciences-China 42, 50-60. 



 

 

 

 

 

 



Journal Pre-proof


43 

Table 2

 Effects of TiO

2

-NPs on the transformation of



 

PHA/glycogen and key enzyme activities during anaerobic and aerobic stages.

 

The data of 



PHA  and  Glycogen  (mg/g  biomass)  and  PPX  (mg  P-Nitrophenol/g  protein  min)  and  PPK  (nmol  NADP/mg  protein  min)  are  given  as  the 

averages and standard deviations of triplicate measurements. 



a,b

 

 



0.1 mg/L 

 

50 mg/L 

Control 

TiO

2

-A 

aTiO

2

-A 

TiO

2

-R 

aTiO

2

-R 

Control 

TiO

2

-A 

aTiO

2

-A

 

TiO

2

-R

 

aTiO

2

-R

 

Anaerobic 

stage 

PHA (synthesis) 

25.2±1.3  24.8±2.1  25.6±1.6 

25.4±1.6  24.6±2.4 

 

25.2±1.3 



16.8±1.5

b

  24.5±2.1 

17.9±0.5

b

  22.4±1.7



b

 

Glycogen (degradation) 

10.4±0.8  11.1±0.5  10.2±0.4 

9.9±0.6 


9.8±0.7 

 

10.4±0.8 



4.8±0.4

b

 

7.1±0.3



b

 

5.2±0.7



b

 

6.8±0.9



b

 

PPX 

15.4±1.4  16.1±2.2  15.7±0.5 

15.3±0.6  15.9±2.4 

 

15.4±1.4 



6.5±0.8

b

 

10.2±1.0



b

  7.2±0.3



b

 

9.2±0.4



b

 

PPK 

210±34 

215±26 


214±30 

209±21 


212±23 

 

210±34 



166±27

b

 

198±12



b

 

161±41



b

 

182±28



b

 

Aerobic 



stage 

PHA (degradation) 

24.8±1.7  23.5±2.7  24.1±2.3 

24.5±1.3  24.0±1.5 

 

24.8±1.7 



15.4±0.8

b

  20.1±2.4



b

  16.5±1.7



b

  19.5±2.7



b

 

Glycogen (synthesis) 

11.5±0.3  10.8±0.8  11.2±0.2 

10.6±0.7  10.9±0.4 

 

11.5±0.3 



5.2±0.7

b

 

8.6±0.9



b

 

5.6±0.3



b

 

8.2±0.8



 b

 

PPX 

8.2±0.8 

8.3±0.6 


9.0±0.7 

8.8±0.3 


7.9±0.5 

 

8.2±0.8 



2.5±0.7

b

 

5.9±0.6



b

 

2.8±0.3



b

 

5.1±0.7



b

 

PPK 

214±24 

216±18 


211±12 

215±16 


216±25 

 

214±24 



108±14

b

 

148±25



b

 

115±31



b

 

152±23



b

 

a

 The transformation of polymers during the anaerobic or aerobic period was calculated as the difference in values between anaerobic or aerobic 

end (beginning) and anaerobic or aerobic beginning (end). 



The data reported are statistical differences (p<0.05) from the control. 

 

 

 



 

 

 



 

 

Journal Pre-proof




44 

Table 3

 Phosphorus fractionation and their contents in sludge cells and EPS at the end of anaerobic (2 h) and aerobic stage (6 h)

 

during the last 



cycle  of  SBRs.  Data  are  the  averages  and  their  standard  deviations,  determined  from  triplicate  measurements,  in  units  of  mg  P/g  biomass. 

imply the statistical difference (



p

 < 0.05) compared to the control. 



Sampling 

times 

Samples 

(50 mg/L) 

PCA extracts 

 

NaOH extracts 

 

CER extracts 

TP

sludge

 

complex P 

orthoP 

complex P 

orthoP 

complex P 

orthoP 

 

 

2 h 

Control 

43.2±3.3 

5.2±0.6 

 

11.2±0.2 



4.2±0.4 

 

3.8±0.7 



1.2±0.5 

69.5±4.5 



TiO

2

-A 

39.5±4.1


a

 

3.2±0.3



a

 

 



8.1±0.7

a

 

3.5±0.3



a

 

 



5.2±0.4

a

 

9.7±0.6



a

 

73.4±5.3



a

 

aTiO



2

-A 

42.5±5.7 

4.8±0.4 

 

10.5±0.8 



4.0±0.1 

 

4.1±0.9 



3.2±0.3

a

 

69.9±6.5 



TiO

2

-R 

40.5±2.5


a

 

3.7±0.5



a

 

 



8.7±0.4

a

 

3.8±0.6



a

 

 



4.5±0.7

a

 

7.9±0.8



a

 

72.1±2.8



a

 

aTiO



2

-R 

42.3±6.2 

4.5±0.7 

 

10.1±0.2 



4.1±0.4 

 

4.2±0.8



 

 

3.8±0.3



a

 

70.2±3.4 



 

 

6 h 

Control 

54.2±2.6 

6.3±0.7 

 

21.2±1.1 



5.4±0.5 

 

4.8±0.1 



2.1±0.4 

101.3±7.1 



TiO

2

-A 

47.5±3.5


a

 

5.8±0.8



a

 

 



16.2±1.7

a

 

4.7±0.2



a

 

 



6.2±0.6

a

 

11.1±0.1



a

 

94.5±6.5



a

 

aTiO



2

-A 

51.7±1.1


a

 

6.1±0.5



a

 

 



19.5±2.1

a

 

5.2±0.8



a

 

 



5.5±0.4

a

 

4.9±0.2



a

 

98.8±4.2



a

 

TiO



2

-R 

48.7±5.3


a

 

5.9±0.4



a

 

 



17.4±0.8

a

 

4.8±0.3



a

 

 



6.4±0.8

a

 

8.7±0.7



a

 

94.4±3.4



a

 

aTiO



2

-R 

51.1±2.8


a

 

6.0±0.6



a

 

 



19.2±1.2

 a

 

5.1±0.6



a

 

 



5.6±0.2

a

 

5.0±0.3



a

 

98.1±2.4



a

 

 



Journal Pre-proof


45 

Table 4

 Richness and diversity estimators of the microbial phylotypes in the five SBRs systems after 50 mg/L TiO

2

-NPs exposure. 



Sample ID 

OTUs 

Chao

a

 

Shannon

b

 

Coverage

c

 

Control 

638 


724 

6.2 


0.998 

TiO

2

-A 

429 


548 

5.3 


0.997 

aTiO

2

-A 

591 


624 

6.1 


0.998 

TiO

2

-R 

489 


517 

5.8 


0.998 

aTiO

2

-R 

549 


612 

5.4 


0.997 

a

 Chao richness estimator: the total number of OTUs estimated by infinite sampling. A higher number indicates higher richness. 



b

 Shannon index: an index to characterize species diversity. A higher value represents more diversity. 



Good’s coverage: estimated probability that the next read will belong to an OTU that has already been found. 

 

 

 



 

Journal Pre-proof



Download 5,45 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   28




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish