A+OSA污泥減量工藝微生物群落結(jié)構(gòu)及代謝特征研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展以及城市化進程的加速，污水處理量的劇增導(dǎo)致大量剩余污泥產(chǎn)生。剩余污泥原位減量技術(shù)能夠保證污水處理工藝出水排放滿足要求的情況下實現(xiàn)污泥產(chǎn)量的減少。好氧-沉淀-厭氧(oxic-settling-anaerobic，OSA)污泥原位減量工藝由于具有污泥減量效果明顯、工藝簡單、能耗低等特點從而成為研究熱點之一。由于OSA工藝污泥減量內(nèi)部驅(qū)動機制仍存在爭議，阻礙了工藝過程的優(yōu)化控制以及在工程實踐中的應(yīng)用?，F(xiàn)階段關(guān)于OSA工藝污

2、泥減量機制的研究，多基于污泥減量效能層面的分析。盡管減量機制中污泥衰減在OSA工藝中起主導(dǎo)作用已得到普遍認可，但并未獲得直接證據(jù)證明。前期由于相關(guān)技術(shù)方法的限制，對于 OSA工藝污泥減量過程微生態(tài)研究相對較少。而對 OSA工藝減量過程微生物群落變化特征以及代謝特征進行分析，不但可以獲得OSA工藝污泥衰減機制的直接證據(jù)，同時能夠?qū)p量過程可能存在的功能相關(guān)微生物進行鑒定以及微生物群落代謝機制進行分析，從而從微生物學角度對工藝優(yōu)化控制以及污

3、泥減量效果的強化提供參考。論文以A+OSA污泥減量工藝為研究對象，研究了A+OSA工藝污泥減量過程污泥微生物群落特征，探明了污泥減量過程的微生物代謝作用機理。
　　A+OSA工藝污泥減量實為工藝本身產(chǎn)生微生物生物量的減少，其中活性微生物生物量以及群落結(jié)構(gòu)的變化分析能夠解釋污泥衰減的發(fā)生以及與污泥減量相關(guān)的微生物類群?；谖勰辔⑸锛毎字|(zhì)脂肪酸含量變化，對A+OSA污泥減量工藝活性微生物生物量以及群落變化進行定量分析。污泥減量工

4、藝活性微生物的生物量在貯泥池中明顯減少，活性微生物群落結(jié)構(gòu)與參照工藝相比分屬于兩個不同的族類，從而證實了減量工藝中污泥衰減的發(fā)生。減量工藝貯泥池發(fā)生衰減的相關(guān)微生物類群主要為G-菌和好氧菌，同時減量工藝真菌的生長受到了抑制。
　　對 A+OSA污泥減量工藝細菌以及真核生物群落組成和相對含量變化進行分析，能夠明確減量工藝污泥衰減過程微生物種類變化特征，從而解析污泥減量過程被減量的微生物種類以及可能存在的減量功能相關(guān)的微生物種類。基于

5、高分辨的高通量測序技術(shù)對 A+OSA污泥減量工藝細菌以及真核生物群落進行定性定量分析，結(jié)果表明減量工藝貯泥池由于發(fā)生污泥衰減，其細菌群落以及真核生物群落多樣性均有所降低；細菌群落豐富度基本不變，真核生物的群落豐富度有所提高。減量工藝細菌群落由于貯泥池的插入，其群落結(jié)構(gòu)均一性得到提高，與參照工藝細菌群落分屬于兩個不同的族類。對比參照工藝細菌群落組成及相對含量變化，優(yōu)勢菌群β-proteobacteria是減量工藝中主要被減量菌群，而厭氧水

6、解發(fā)酵菌Sphingobacteria在減量工藝中貯泥池中得到富集，其可能是減量功能相關(guān)細菌。減量工藝貯泥池中真核生物Oligohymenophorea成為優(yōu)勢菌群，說明生物捕食作用的污泥減量機制可能存在于減量工藝中。
　　A+OSA污泥減量工藝中由于污泥微生物在貯泥池內(nèi)的衰減從而使工藝污泥產(chǎn)量減少，同時有微生物能夠在貯泥池得到富集，其可能是污泥減量功能相關(guān)微生物。通過模擬貯泥池的生境對減量工藝以及參照工藝污泥微生物進行批次培養(yǎng)分

7、析，則能夠確認功能相關(guān)微生物的類群。對參照工藝以及減量工藝污泥樣品在貯泥池厭氧貧養(yǎng)條件下進行批次培養(yǎng)，并對細菌群落的動態(tài)變化進行分析，結(jié)果表明厭氧貧養(yǎng)條件對參照工藝細菌群落影響更為顯著，而減量工藝污泥細菌群落則表現(xiàn)出抗厭氧貧養(yǎng)環(huán)境的能力。兩工藝污泥細菌種類相對含量減少最為顯著的菌群為β-proteobacteria，而厭氧水解發(fā)酵菌Sphingobacteria能夠利用污泥衰減產(chǎn)生的二次基質(zhì)得到富集，從而證實Sphingobacteri

8、a為減量工藝功能相關(guān)微生物。
　　A+OSA污泥減量工藝貯泥池污泥微生物的衰減以及水解發(fā)酵型微生物對衰減產(chǎn)生的二次基質(zhì)的利用使其污泥產(chǎn)率降低。減量工藝微生物代謝分析能夠解釋污泥衰減過程微生物的代謝機制。對A+OSA污泥減量工藝宏基因組進行高通量測序分析，利用COG分類系統(tǒng)對減量工藝微生物基因組進行功能基因劃分，基于基因水平的代謝機制中細胞運動性，細胞信號傳導(dǎo)機制，碳水化合物的轉(zhuǎn)運代謝和氨基酸轉(zhuǎn)運代謝相關(guān)功能基因比例增高，而微生物細

9、胞膜壁合成以及重組修復(fù)機制相關(guān)功能基因比例減少。減量工藝微生物基因水平代謝機制的變化有利于貯泥池中減量微生物的溶胞衰減，同時促使功能性微生物在貯泥池生境下對底物的利用?；诜肿铀降奈⑸锛毎麅?nèi)代謝物分布分析，對減量工藝微生物代謝過程進行研究發(fā)現(xiàn)，減量工藝與參照工藝微生物胞內(nèi)主要差異性代謝物為有機酸類物質(zhì)、氨基酸類代謝物質(zhì)以及部分核苷酸類代謝物質(zhì)和胺類物質(zhì)。減量工藝胞內(nèi)用于合成能源性貯存物質(zhì)的有機酸類單體3-羥基丁酸以及2-羥基丁酸含