据统计，全球每年废水处理量超过3000亿吨，由此产生的剩余活性污泥（WAS）量也与日俱增。污泥厌氧消化是WAS进行减量化、卫生化至关重要的途径。然而，关于WAS的重要组分（微生物细胞和胞外聚合物/EPS）在污泥厌氧消化过程中的消化效率研究尚不清晰，污泥中微生物细胞大分子消化涉及的关键功能种群信息亦仍有待阐明。
我实验室海洋生命过程与生物资源利用创新团队利用去除EPS后的大肠杆菌模拟了WAS中微生物细胞组分。该研究设置了4个进料不同的厌氧消化反应器（图1），探究污泥厌氧消化过程中WAS中微生物细胞的消化效率及其关键功能种群的组成规律。反应器进料分别为未处理的WAS（WAS-AD）、热预处理的WAS（Thermal-WAS-AD）、大肠杆菌细胞（E.coli-AD）和热预处理的大肠杆菌细胞（Thermal-E.coli-AD）（图1），其平均碳去除率在稳定运行状态下分别达到30.6±3.4％、45.8±2.9％、69.0±3.4％和68.9±4.6％（图2）。E.coli-AD和Thermal-E.coli-AD与WAS-AD和Thermal-WAS-AD相比，碳去除量明显更高。研究结果表明，微生物细胞消化效率比“EPS+微生物细胞”消化效率高，且EPS释放有机物是污泥厌氧消化的限制因素。
图1. 厌氧消化反应器运行参数
图2. 厌氧硝化反应器有机碳去除率
同时，团队成员结合传统培养手段和基于16S rRNA基因扩增子测序技术，进行微生物溯源和分子网络分析，以此探究污泥厌氧消化过程中进行细胞大分子物质消化的关键功能种群及其时间变化规律。研究结果表明，消化污泥微生物群落中负责微生物细胞大分子消化的功能种群主要由Petrimonas，Lentimicrobium发酵产酸菌、Synergistaceae等共生产乙酸菌、Methanosaeta及Methanosarcina等产甲烷菌组成，它们在WAS-AD和Thermal-WAS-AD消化反应器中分别占到35.6±9.1％和70.3±10.1％。该研究为进一步优化污泥厌氧消化效率，了解其中关键功能微生物组提供了理论依据（图3）。
图3. 污泥厌氧消化系统中功能微生物共现网络和溯源分析
研究成果于2021年2月在ELSEVIER旗下期刊Environmental Research（影响因子：5.715，2021年中国科学院SCI二区Top）上发表，题目为“Sludge digestibility and functionally active microorganisms in methanogenic sludge digesters revealed by E. coli-fed digestion and microbial source tracking”。创新团队骨干成员汪善全教授与其博士后梁志伟分别为文章的通讯作者与第一作者。
该研究得到了广东省自然科学基金（2018B030314012），广州市科学技术项目（201903010030）、广东省重点领域研究与开发计划（2019B110209004）及南方海洋实验室创新团队建设科研经费的支持。
- 微信公众号
- OLAR官方公众号