降解氯苯胺好氧污泥颗粒形成-解体-维稳过程优势菌群结构与功能研究

好氧污泥颗粒化是近年来废水生物处理、环境微生物学领域的研究热点，在改善系统泥水分离、高效降解有机物、强化工艺脱氮除磷、减少剩余污泥量等方面具有明显技术优势；然而，目前颗粒污泥结构稳定性仍存在技术屏障，制约了该技术的工程化应用。. 项目在前期研究的基础上，围绕污泥微生物种群结构与功能的关系，综合运用基因组学、比较蛋白组学等技术，系统研究好氧颗粒污泥形成、解体与维稳过程中微生物种群结构演变规律与功能蛋白差异表达，解析颗粒污泥内重要功能菌群与降解氯苯胺关键酶，揭示不同工艺工况下颗粒污泥优势菌群结构与功能活性的互作机制，以期为阐明好氧颗粒污泥形成的微生物学机理、优化调控好氧颗粒污泥工艺运行稳定性提供科学依据。

项目针对颗粒污泥结构稳定性的瓶颈问题，基于降解氯苯胺好氧颗粒污泥反应器长期运行过程污泥结构变化特征，开展分区排泥、分段曝气等调控策略强化好氧颗粒污泥反应器稳定运行研究，结果表明通过适度排出老龄颗粒(SRT絮体、SRT颗粒分别控制在2.7±0.5d、9.8±0.8d)、基质匮乏期梯度降低曝气强度可实现颗粒污泥反应器稳定运行，适量胞外蛋白(PN，110-200mg•g-1VSS)及高PN/多糖(PS)比(>8)可赋予稳定的颗粒结构。应用EEM、FTIR等技术分析颗粒污泥胞外PN/PS组分发现，酪氨酸类蛋白利于颗粒形成，而类胡敏酸过量分泌影响颗粒结构稳定。应用454宏基因组测序比对分析污泥颗粒形成与稳定化过程微生物种群结构变化发现，随着颗粒失稳污泥Shannon index明显下降，稳态颗粒优势菌群为Proteobacteria(45%-66%)、Bacteroidetes(31%)，失稳颗粒则变化为为Bacteroidetes(63%)、Proteobacteria(23%)；其中具有编码C23O、反硝化功能的Thauera spp.(45%)在稳定颗粒污泥内高度富集、活性持留，具有分泌PN功能的Microlunatus spp.(17%)、Chryseobacterium spp.(10%)利于颗粒结构稳定，而兼性菌Bacteroidetes spp.高度富集(45%)导致PS过量分泌、颗粒厌氧内核裂解。应用SDS-PAGE、2-DE等技术解析不同结构颗粒污泥发现，稳定颗粒PN分子量主要分布在14.3-44.3kDa，其中Tpx正调节氧化应激反应在氯苯胺降解过程起主要作用，PPIase通过催化寡肽脯氨酸酰亚胺缩氨酸顺反异构化加速PN分泌、微生物絮凝，OprF参与跨膜运输低聚物合成与细菌间黏合，外膜蛋白OMPs则通过跨膜运输促进PN合成、颗粒结构稳定。研究结果为阐明好氧颗粒污泥形成的微生物学机理、优化调控好氧颗粒污泥工艺运行稳定性提供科学依据。. 对照项目研究计划，课题组较好完成项目研究内容，达到预期研究目标，发表SCI论文7篇，授权发明专利1项，培养硕士研究生2名。