氧化石墨烯的抗菌活性可通過與細(xì)菌培養(yǎng)物的直接接觸來提高氧化應(yīng)激和膜應(yīng)激。除此之外，低濃度氧化石墨烯暴露還會(huì)使細(xì)菌功能化蛋白差異表達(dá)，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。急性暴露于50~300 mg/L氧化石墨烯濃度中可使氧化石墨烯在活性污泥內(nèi)部積累，從而通過影響水的濁度和污泥脫水能力來惡化出水質(zhì)量。另外，0.06g/L的氧化石墨烯可以在4h內(nèi)快速提高氨氧化細(xì)菌(AOB)和NOB的生物活性，且對(duì)活性污泥微生物功能的影響可忽略不計(jì)。綜上所述，氧化石墨烯毒性的差異主要取決于暴露時(shí)間和氧化石墨烯的劑量。然而，長期接觸下的氧化石墨烯對(duì)硝化細(xì)菌的潛在毒性尚不清楚。考慮到氧化石墨烯與活性污泥極容易結(jié)合共存，因此評(píng)估活性污泥長期暴露于氧化石墨烯下的風(fēng)險(xiǎn)是至關(guān)重要的。本研究采用序批模式運(yùn)行的密封反應(yīng)器評(píng)估濃度為10和100mg/L的氧化石墨烯在4h和10天內(nèi)對(duì)硝化過程和N₂O生成的影響。此外，通過對(duì)硝化污泥活性氧(ROS)、胞外聚合物(EPS)和代謝活性的分析，揭示了氧化石墨烯毒性的潛在作用機(jī)制。最后，對(duì)總細(xì)菌和硝化細(xì)菌(AOB、NOB和CAOB)進(jìn)行量化，揭示了氧化石墨烯暴露下細(xì)菌豐度的變化。

研究表明，在初始4h，兩種濃度的氧化石墨烯對(duì)氮轉(zhuǎn)化均無負(fù)面影響。然而，100 mg/L氧化石墨烯暴露10天后顯著削弱了NH₄⁺-N和NO₂^--N的轉(zhuǎn)化能力，加劇了N₂O的生成，對(duì)活性污泥產(chǎn)生毒性作用。胞外聚合物(EPS)分析表明，100mg/L氧化石墨烯降低了硝化活性污泥的蛋白質(zhì)含量。高濃度氧化石墨烯還抑制了過氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶（CAT）等內(nèi)源抗氧化酶的活性，提高了活性污泥產(chǎn)生活性氧（ROS）的水平，使微生物受到更高的氧化應(yīng)激。最后，定量PCR結(jié)果證實(shí)，氧化石墨烯暴露顯著降低了CAOB和NOB的豐度，導(dǎo)致NO₂^--N積累，進(jìn)一步刺激了N₂O的生成。這是高濃度下氧化石墨烯顯著促進(jìn)N₂O生成的主要原因。本研究從劑量和暴露時(shí)間兩方面為氧化石墨烯對(duì)硝化作用和N₂O生成的影響提供了新的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)調(diào)了避免氧化石墨烯向污水處理廠釋放的重要性。

在第1次和第30次循環(huán)中，在不同氧化石墨烯濃度下測定了EPS的兩種主要成分多糖(PS)和蛋白(PN)。在第30個(gè)循環(huán)中，各組氧化石墨烯濃度均顯著提高了EPS含量。然而，PN濃度在100mg/LGO組顯著低于對(duì)照組。在本研究中，EPS水平的顯著增加可能是NH₄⁺-N去除速率增加的主要原因，因?yàn)樵诘?0個(gè)循環(huán)中完成氮轉(zhuǎn)化的時(shí)間比第1循環(huán)少。此外，100mg/L GO組EPS含量大幅降低可能是NH₄⁺-N去除效率下降的原因。因此，推測氧化石墨烯對(duì)EPS含量的抑制可能導(dǎo)致了脫氮效率的下降。