Water Research | 宏基因组和16S扩增子测序揭示了环境温度下添加过氧化钙对剩余污泥厌氧发酵性能的影响(国人作品) / 开普饭

推荐：江舜尧

编译：Hancactus

编辑：小菌菌

近日，同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室李咏梅教授团队在环境科学与生态学顶级期刊Water Research（一区TOP，IF=7.051）发表题为《Metagenomic characterization of the enhanced performance of anaerobic digestion of waste activated sludge with CaO2 addition under ambient condition: Fatty acid biosynthesis metabolic pathway and CAZymes》的文章。文章中通过结合宏基因组测序与16S rRNA基因扩增子测序来研究在室温条件下投加CaO₂对剩余活性污泥（WAS）厌氧发酵影响的化学与生物学机制，进一步揭示了投加CaO₂后剩余活性污泥（WAS）中的微生物群落结构、关键微生物种类、微生物所发挥的功能及在这一过程中产生的短链脂肪酸、碳水化合物活性酶等一系列相关过程。

文章摘要

研究背景：剩余活性污泥的处理和处置成本较高，是污水处理厂操作运营的主要难题之一，厌氧发酵是目前应用最为广泛的剩余活性污泥处理方法之一。剩余活性污泥厌氧发酵一般包括水解、产酸、产甲烷三个阶段，增强水解和产酸的效果并抑制产甲烷过程，可以达到累积挥发性短链脂肪酸目的，从而为缓解我国城市尤其是南方城市污水处理厂碳源不足的问题提供可行方案。近年来对于剩余污泥预处理的研究表明，采用 CaO₂ 既可促进剩余污泥厌氧发酵的水解和产酸阶段，并有效抑制其产甲烷阶段，亦可降解多种吸附在污泥表面的有毒难降解有机物,从而提高污泥发酵液的质量。

方法：通过使用宏基因组测序与16S rRNA基因扩增子测序相结合的方法分析经CaO₂处理后剩余活性污泥（WAS）中微生物群落结构、关键微生物种类、微生物所发挥的功能及在这一厌氧发酵过程中产生的短链脂肪酸、相关碳水化合物活性酶。

结果：CaO₂水解形成的碱性条件对剩余活性污泥（WAS）产生了长时间的破坏作用，与此同时，CaO₂引起的氧化环境进一步增强了絮凝物的溶解，这种协同作用显著改变了微生物的群落结构。尽管碱性条件对微生物群落结构的影响大于氧化环境，但是氧化环境却导致了强于碱性环境下的微生物多样性下降。研究者进一步发现在脂肪酸生物合成途径的各个分支中均分布有3种高丰度乙酰辅酶A羧化酶基因和11种由CaO₂催化的合成酶、水解酶、裂解酶和氧化还原酶相关基因。与此同时，碳水化合物结合模块（CBMs）、糖苷水解酶（GHs）这两种碳水化合物活性酶（CAZymes）活性有所提高，溶菌酶的功能和几种单糖的代谢也得到了有效地促进。

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