论文部分内容阅读
污水处理厂(WWTPs)是保护水环境安全和实现城市可持续发展的重要基础设施,生物处理是城市污水处理中应用最普遍的方法。微生物是生物处理系统中污染物去除的主体,认识其多样性是认识污水处理本质的基础,研究其动态变化是理解和预测系统功能和稳定性的重要途径,但相关研究尚不够系统和深入。因此,本论文采用功能基因芯片GeoChip和Illumina Miseq测序等高通量解析技术,结合数据统计、模型检验和网络分析等方法,全面研究了采用典型工艺的实际规模城市污水处理系统中微生物多样性与动态变化特性,旨在为WWTPs的优化设计与运行提供基础数据和理论分析。采用高通量解析技术系统分析了传统活性污泥系统和膜生物反应器(MBR)中微生物群落多样性,发现其功能基因和分类学多样性高,具有碳、氮、磷循环和有机污染修复等多类基因,涵盖GeoChip所包含的所有功能基因类别。同一城市的传统活性污泥系统的微生物群落相似度高,但碳、氮、磷循环亚类功能基因丰度随环境条件不同呈现差异。进水、接种污泥相同的平行运行的MBR和氧化沟(OD)系统的微生物群落组成整体相似,但MBR系统实现了易在寡营养条件下生存的微生物(K-stratigists)的富集。系统阐述了MBR和OD系统微生物群落短期(12天)和中期(12周)的动态变化规律及其主要影响因素。结果表明:两个系统的微生物群落结构呈现天、周变化,功能基因的天变化率(12.8±4.6%)整体高于其周变化率(5.3±3.6%),16S rRNA基因的周变化率(30.5±22.7%)高于功能基因的周变化率(5.3±3.6%)。群落16S rRNA基因对进水水质波动响应显著(MBR和OD系统的变化率分别高达89.7%和74.7%);各系统存在丰度相当的核心微生物(核心物种比例为52.8%(MBR)和47.7%(OD)),核心功能基因比例为58.3–73.5%),首次发现活性污泥核心物种结构与系统氮、磷去除率相关性更显著。短期内混合性悬浮液固体(MLSS)和溶解氧(DO)浓度对微生物群落结构有重要影响作用,中期内进水基质浓度和温度对其有重要影响作用;随机因素在短期和中期内对其均有重要影响作用。采用网络分析方法首次揭示了MBR和OD系统短、中期核心微生物间的相互作用关系,发现MBR系统核心微生物间的联系更紧密,其竞争等关系可能随基质稀缺压力的增大而增强。