成都生物研究所谭周亮团队BITE｜微藻-活性污泥共培养处理市政污水：启动阶段处理性能、微生物共现模式、菌群动态演替及功能研究

文章信息

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128733

亮点

• 藻菌体系启动阶段，微藻含量和环境温度是驱动微生物群落演替的关键因素，大量积累的藻体显著降低微生物多样性。

• 藻菌体系构建过程中，细菌种群表现出抑制-重建模式，而真菌模式则相反。

• 生活污水处理过程中，细菌种间关系直接影响出水水质。

研究进展

与单一微藻培养相比，添加活性污泥提高潜在MGPM比例并形成藻菌共培养体系，有效增强污染物去除效率和藻体积累。当前关于微藻与活性污泥应用于实际废水处理的共适应过程研究仍较少，因此本研究在西南某城市污水处理厂建造了三个序批式光生物反应器（PBRs）。结果表明，在PBRs启动阶段，添加污泥的实验组藻体生物量和污染物去除效果均优于对照组，且出水水质达到城市污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002) 1A类（图1）。

图1 三种光生物反应器处理城市污水过程中（A）NH4⁺-N，（B）TN，（C）TP，（D）COD变化

进一步对微生物测序的网络和功能基因分析，探讨藻菌体系启动阶段的共生模式、菌群动态、潜在的MGPM和微生物代谢功能。结果显示，由于微藻快速同化对污染物的和藻体积累，微生物丰富度和多样性显著降低，并且微生物种群生态位的变化，导致系统中其他微生物重新暴露，竞争并取代原有代谢功能。因此细菌和真菌之间的相互作用分别呈现出抑制-重建和重建-抑制的相反趋势（图2）。同时还发现细菌相互作用的减弱也对应出水水质的不稳定期。

图2 基于相关性分析的PBRs中微生物种群共现网络模式

使用LEfSe分析和线性判别分析（LDA）表征潜在MGPM（图3）。在11个细菌和6个真菌生物标志物基础上，通过对比种群演替过程，细菌Ahniella、FukuN57和Fimbriimonadaceae更适合作为MGPM在城市污水处理中促进微藻的生长。同时微生物代谢功能预测结果表明，细菌通过互补代谢过程与藻体形成密切的互利共生关系。虽然真菌代谢水平低于细菌，其通过分泌细胞外酶分解有机物，并有效利用微藻碳源来补充碳源消耗。

图3 基于LEfSe比较分析PBRs中细菌（A1和B1）和真菌（A2和B2）潜在MGPM物种

作者介绍

谭周亮，博士，研究员，博士生导师，中国科学院成都生物研究所环境治理与食品安全领域主任。主要从事水污染治理与环境生物技术的研发与应用，主持完成国家、省部级课题22项。发表论文80余篇，申请与授权专利27项，软著3项；入选中组部中科院“西部之光”、四川省学术和技术带头人、四川省“青城计划”天府创新领军人才等；微生物生物强化技术成果入选《四川省水污染防治技术指导目录》，应用于30余个工程，获四川省科技进步奖一等奖、二等奖、青年科技奖以及其他奖励3项。

（文章来源于网络）