随着工业的快速发展和城市化进程的加快，不同形态的金属不可避免地通过各种生产生活活动被释放到环境中，进而给污染物毒性研究和污染治理带来新的困难和挑战。近年来，我国空气污染问题十分严峻，PM2.5作为最为常见的空气污染物之一，给环境空气质量和人类健康带来了巨大威胁。而由于工业废气和汽车尾气等的排放，PM2.5中金属含量增加，使得PM2.5的毒性影响更为复杂。因此，研究PM2.5负载金属组分产生的毒性影响及其作用机制显得尤为重要。同时，重金属及重金属纳米颗粒由于其优异的理化性质得到了广泛应用，导致其不可避免地被释放到废水中。污水处理工艺如果无法有效去除重金属及重金属纳米颗粒，会导致其随污水一起被释放到环境中，进而给生态环境和人类健康造成严重危害。因此，研究污水处理厂不同处理单元工艺中重金属及重金属纳米颗粒的分布及去除效果，具有重要的理论和实际意义。论文主要包括以下内容:第一部分，首先概括地介绍了环境中PM2.5的来源和组成以及PM2.5中金属组分的来源，重点分析了PM2.5的危害及对氧化应激的诱导作用，综述了近年来关于Al(Ⅲ)毒性效应的研究。其次，简单介绍了环境中重金属元素和重金属纳米颗粒的来源和危害，并重点分析了重金属纳米颗粒的潜在释放风险和定量分析手段。
　　第二部分，我们利用还原论的理论和方法，设计合成了负载有Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Al(Ⅲ)四种金属组分的PM2.5模型颗粒库，并通过一系列物理化学表征，确保了其用于模拟真实PM2.5的合理性。使用人支气管上皮细胞(16HBE)作为细胞模型，以探究PM2.5负载不同金属组分后的毒性效应及作用机制。结果表明，PM2.5负载Al(Ⅲ)后显著降低了对16HBE细胞的细胞毒性，这与Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)以及以往报道的其它污染物的作用截然不同。细胞摄入的定量实验证明了PM2.5负载不同金属组分后不会对摄入量产生影响，因而负载金属组分的差异是导致细胞毒性差异的主要原因。PM2.5负载Al(Ⅲ)后显著降低了细胞内的ROS水平，这是导致PM2.5负载Al(Ⅲ)后细胞毒性降低的原因之一。本研究为系统探索PM2.5的生物学效应及作用机制，鉴别PM2.5中的关键组分提供了方法和模型。
　　第三部分，我们以成都双流国际机场污水处理厂中A/O生物接触氧化工艺为研究对象，通过ICP-MS和SP-ICP-MS分别对9个不同处理单元工艺样品中的重金属元素含量以及重金属纳米颗粒的数量浓度和粒径分布进行了分析，并进一步对去除率以及去除机制的相关性进行了研究。结果表明，不同处理单元工艺对不同重金属元素和不同重金属纳米颗粒的去除效果存在显著差异，但对重金属纳米颗粒的粒径不会造成显著影响。除Fe元素和Fe纳米颗粒外，重金属元素与其纳米颗粒之间均属于不显著相关关系，因此不同处理单元工艺对重金属元素和重金属纳米颗粒的去除机制存在差异。本研究对污水处理厂去除重金属元素和重金属纳米颗粒的机制研究具有借鉴意义。