污水处理厂活性污泥微生物菌群结构及对处理条件的响应研究

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近年来,随着核酸测序技术的飞速发展,基于16S rRNA核酸片段扩增分析方法被广泛应于活性污泥菌群结构解析,并由此产生了大量公共微生物测序数据,这些微生物数据对于进一步认识活性污泥微生物群落结构、阐明微生物与温度、进水类型及水质等环境因素的关系具有重要帮助。本文对已发表的来自国内外污废水处理设施中活性污泥的16S r RNA扩增子数据进行了挖掘和分析,旨在探究污泥菌群结构及菌群对污水性质、处理工艺和温度之间的响应关系;并对不同的数据库种名注解结果进行了对比分析,以期更全面的认识活性污泥中的微生物群落结构和完善核酸测序菌群解析方法。研究结果表明:(1)国内外32个污水处理厂活性污泥系统中,都是Thauera、Terrimonas、Dechloromonas、Rhodoferax和Nitrospira等脱氮除磷菌属为优势菌属;同时还存在着一些如Gemmatimona和Trichococcus等其他功能性优势菌属,正是这些优势菌属担负了有机碳、氮、磷等污染物的降解与转化功能。(2)进水性质会对微生物群落产生明显影响。在工业废水高浓度重金属、有机污染物的冲击下,Nitrospira、Dechloromonas、Acinetobacter、Longilinea和ottowia等脱氮微生物受到严重抑制作用,使得工业废水系统的脱氮效率下降,14座工业废水处理厂对TN的平均去除率为60.87%,对氨氮的平均去除率为76.07%。进水的TN、氨氮浓度、可生化性(BOD5/COD)都会影响Dechloromonas、Nitrospira、Aquihabitans、Ignavibacterium、Thauera等不同的功能性微生物的丰度,从而对系统处理效果产生了影响。(3)在生活污水处理系统中,Comamonas、Rhodoferax、Nitrospira等与脱氮除磷有关的菌属在A~2/O工艺中的相对丰度要远高于OD、CAS、CMAS工艺,A~2/O工艺对生活污水中COD、BOD5、TN、氨氮的平均去除率分别为92.20%、92.18%、89.04%和92.24%,综合性能要优于其他3类工艺。(4)相比与进水TN、氨氮浓度和可生化性指标(BOD5/COD),温度因素对污泥微生物群落结构的影响更大,与Nitrospira、Aquihabitans、Terrimonas、Dechloromona等多种脱氮微生物丰度呈正相关,脱氮效率随着温度的降低而下降,当温度低于15℃时,32座污水处理厂对TN和氨氮的平均去除率仅有49.67%、63.19%;Pseudomonas、Acidovorax、Acinetobacter等微生物丰度与温度呈负相关,在低温下发挥了重要的作用,探究这类微生物对低温污水处理具有重要意义。(5)利用Silva和Greengenes数据库进行注解时,Silva数据库能注解出更多的菌门和菌属。同时,对于同一批1186个活性污泥样品分析注解,50%的菌门同时被鉴定,另外50%的菌门是不同数据库所特定鉴别的;在属水平,两种数据库鉴别出来的菌属总共约有2200多个,比单独使用Silva数据库鉴别出的菌属增加了18%,比单独使用Greengenes数据库鉴别出的菌属增加了45%左右。因此,利用不同的数据库进行同时注解和比对分析,一定程度可以更加全面的认识活性污泥中的微生物群落结构。
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