酱油酿造废水处理系统中微生物时空分布特征及相关环境因子分析

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酱油工业化生产产生大量废水,对生态环境造成严重的影响。厌氧/缺氧/好氧-膜生物反应器组合工艺(A2O-MBR)是目前处理酱油酿造废水最主要的方法,活性污泥中复杂的微生物群落对污染物的去除起着十分重要的作用,其时空分布特征与污染物去除息息相关,且受到环境因子的影响。目前,酱油酿造废水处理过程中微生物群落的时空分布特征及相关环境因子的研究相对较少。运用16S rRNA基因和16S rRNA高通量测序研究A2O-MBR系统处理酱油酿造废水过程中微生物的群落结构和代谢活性。在DNA和RNA水平上,微生物群落具有不同的多样性。Proteobacteria是丰度最高、代谢最活跃的细菌。丰富的Megasphaera、Thauera和Azoarcus代谢活性较低,而少量存在的Psychrobacter在厌氧池中具有最高的代谢活性。Cenarchaeales是最丰富、最活跃的古菌目,大多数的氢营养型产甲烷菌与Megasphaera存在互养关系。少量存在的Methanosarcinales和Nitrosopumilales在缺氧池中具有较高的代谢活性。此外,通过基于DNA和RNA的qPCR对细菌和古菌进行定量,发现16S rRNA/rRNA基因拷贝数比率随着污水处理的进行呈逐渐下降的趋势。其次,运用16S rRNA基因和16S rRNA高通量测序研究A2O-MBR系统处理酱油酿造废水过程中微生物的时空分布特征及与环境因子的关系。与古菌不同,总的和活的细菌呈现季节性的聚类。Firmicutes和Planctomycetes在夏季和秋季的相对丰度增加,而Thaumarchaeota相对丰度减少。在冬季,Prevotella9和Lactobacillus的代谢更加活跃。温度、pH、化学需氧量(COD)、总氨氮(TAN)、硝酸盐氮(NO3--N)是影响细菌和古菌组成的主要环境因子。Firmicutes和Bacteroidetes与COD和TAN呈正相关,而Proteobacteria呈负相关。SM1A02在夏季和秋季的相对丰度增加,与温度呈正相关。Methanomicrobiales与TAN呈正相关,对氨具有高亲和力。此外,总的细菌生物量在冬季明显增加,并且高温促进微生物生物量的动态变化。FAPROTAX预测表明细菌的代谢功能没有明显的季节性差异,化能异养、好氧化能异养、发酵、硝酸盐还原、氮呼吸是细菌主要的代谢功能。总之,该研究分析了酱油酿造废水处理过程中微生物群落的时空分布特征及相关环境因子,为酱油酿造废水处理提供理论依据和数据支撑。
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