活性污泥中稀有微生物类群BFB的多样性及其环境响应研究

About over 90 % inducement of activated sludge (AS) bulking was from bulking and Foaming Bacteria (BFB). The previous study of these rare but complex microbial groups was limited by backward research basis and technology. So far, we still know little about the diversity, function and environment responses of BFB. This is also directly leads to lack of effective treatment of AS bulking. In this research, three different angles: microbiology, ecology and biogeography were proposed to study the occurrence rule and mechanism of BFB induced AS bulking. Firstly, the project will standardize the taxonomic status of BFB, obtain pure cultures of typical BFB and clarify its physiological & biochemical characteristics. Secondly, environmental genomic DNA-16S rDNA variable region-based high-throughput sequencing technology will be used to research the community structure of BFB. This new technology can illuminate the complex microbial community structure of bulking AS. Based on high-throughput sequencing database, the real-time in situ monitoring method of BFB group will be modified or build. Thirdly, the relationships between environmental parameters with BFB community structures will be described and the environmental responses and laws of BFB group will be researched.

活性污泥 (activated sludge, AS) 膨胀约90%的诱因来自膨胀和泡沫细菌 (bulking and foaming bacteria, BFB)。由于研究基础相对落后和技术方法的限制，造成对此类稀有且群落结构复杂的微生物及其环境响应认识不足，从而导致缺乏治理AS膨胀的有效措施。本项目将在规范这类微生物的分类地位、获取典型BFB纯培养和明确其生理生化特点的基础上，通过基于环境基因组DNA-16S rDNA可变区的大样本深度高通量测序技术，深入解析不同类型污水处理厂不同时期AS中的微生物群落结构。明确BFB菌群结构对环境参数变量的响应规律。并在此基础上完善或建立主要BFB类群的FISH监测方法。期望在微生物学、生态学和生物地理学三个不同角度来研究活性污泥膨胀的发生规律和机理，为有效控制这一危害提供理论基础。

采用分离培养方法检测活性污泥样品中的菌群多样性。分离获得了近200株细菌，其中约10%为新颖微生物。获得的细菌分别为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和奇异球菌-栖热菌门，属于29个属。通过多相分类，将6株定名为新种，其中3株已发表：一株来自于生活污水处理厂的Sinorhodobacter hungdaonensis sp. nov.；一株来自于原油采收废水的Deinococcus petrolearius sp. nov.和一株来自于石化污水处理厂活性污泥泡沫中的Thauera sinica sp. nov.。. 采用高通量测序技术检测了6种污水处理厂近50个活性污泥样品中的菌群多样性。通过稀释度曲线、丰度分布曲线、活性污泥中菌群组成分析、群落聚类分析、主坐标分析等对不同活性污泥样品中菌群进行了分析。结论如下：（1）同一污水处理厂正常活性污泥及泡沫中的微生物种类差异不大，随季节的变化相对较小；在门的水平上，不同季节的同一污水处理厂的活性污泥中优势微生物种类基本不变；每种微生物在春秋季具有相同的变化趋势；但相对丰度却有明显的差异；（2）相比于正常活性污泥，泡沫中的变形细菌门、放线菌门、厚壁菌门的相对丰度会明显升高；绿弯菌门、浮霉菌门、绿菌门和硝化螺菌门的相对丰度会明显降低；拟杆菌门、酸杆菌门在不同的污水处理厂可能具有不同的变化趋势；不同营养物质梯度下各细菌门会呈现不同的变化幅度及趋势；（3）不同活性污泥中的优势细菌相似，但某些稀有BFB的含量存在较大差异，如： Skermania sps. 在生活污水处理厂活性污泥泡沫中大量存在，是重要的泡沫微生物；而造成某石化污水处理厂活性污泥产生泡沫的是一种新颖的细菌，定名为：Thauera sinica sp. nov.，是首次发现这类微生物为BFB。表明稀有的BFB菌群与活性污泥的状态密切相关。. 影响活性污泥及泡沫样品相似性的因素有样品类型、采集地点、季节及处理工艺等。CCA分析表明：（1）正常活性污泥微生物群落组成影响因素分析表明：主要的影响因素为Tm、COD、NH3-N、SS和MLSS，次要因素为pH和SVI；（2）污泥泡沫中微生物群落组成影响因素分析表明：主要的影响因素为Tm、pH、NH3-N和MLSS，次要因素为COD和SS。