研究人員揭示活性污泥細(xì)菌菌膠團(tuán)形成的機(jī)制

近三十年來，我國的工業(yè)化和城市化帶來了嚴(yán)重的水污染問題，污染性缺水加劇。目前，應(yīng)用活性污泥(Activated sludge)進(jìn)行生化處理是城市污水處理的主流技術(shù)，由此產(chǎn)生的每年高達(dá)3000多萬噸的巨量污泥大多未能得到妥善處置和有效利用，有可能造成二次污染。而且，活性污泥工藝運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生污泥膨脹(Sludge bulking)問題，嚴(yán)重影響處理效率?；钚晕勰嘌芯颗c開發(fā)迫在眉睫。

活性污泥菌膠團(tuán)形成(Floc formation)是二次沉淀池中泥水重力分離和污泥回用(維持曝氣池中微生物濃度)的前提，是活性污泥法成功的關(guān)鍵。中國科學(xué)院水生生物研究所研究員邱東茹學(xué)科組對活性污泥微生物菌膠團(tuán)形成的機(jī)制進(jìn)行較為深入的研究。

他們與合作者分別從武漢和香港的城市污水處理廠分離得到喜樹脂動膠菌(Zoogloea resiniphila)，開展了系列研究，取得如下結(jié)果：

1)對兩株動膠菌進(jìn)行了基因組測序和注釋，揭示了這一活性污泥優(yōu)勢細(xì)菌屬的碳、氮和磷代謝的一些特點;

2)通過轉(zhuǎn)座子插入突變、基因定點敲除與遺傳互補(bǔ)試驗等分子遺傳學(xué)分析，鑒定了MMB菌株中與菌膠團(tuán)形成相關(guān)的一個大型基因簇;

3)發(fā)現(xiàn)其中兩個編碼天冬酰胺合成酶的旁系同源基因在菌膠團(tuán)形成過程中具有重要功能，這兩個基因突變或敲除后能夠阻斷或推遲菌膠團(tuán)的形成;

4)通過比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)類似的基因簇也存在于其他重要的活性污泥細(xì)菌基因組或宏基因組(特別是聚磷菌，該類細(xì)菌在強(qiáng)化生物除磷工藝中具有重要作用，但還未能分離培養(yǎng))中，說明這些細(xì)菌也可以形成菌膠團(tuán)，從而可通過特定工藝在活性污泥中加以富集而發(fā)揮作用;

5)對胞外多糖的單糖組成進(jìn)行了初步分析，并發(fā)現(xiàn)該基因簇中糖基轉(zhuǎn)移酶基因組成上存在種間和種內(nèi)差異。

這些發(fā)現(xiàn)為揭示活性污泥微生物菌膠團(tuán)形成機(jī)理和脫氮除磷工藝作用原理打下了良好的基礎(chǔ)，對活性污泥膨脹的控制、剩余污泥減量和資源化利用等新技術(shù)開發(fā)具有參考意義。相關(guān)論文 Comparative genomics analyses on EPS biosynthesis genes required for floc formation of Zoogloea resiniphila and other activated sludge bacteria 日前已在線發(fā)表于Water Research(DOI: 10.1016/j.watres.2016.06.058)。

該研究是在邱東茹指導(dǎo)下由碩士研究生安衛(wèi)星等完成，合作者包括香港大學(xué)副教授張彤和博士郭峰(完成從香港污水處理廠分離的喜樹脂動膠菌TS9株的測序和分析)以及中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所博士陳浩峰等。該研究得到了中科院“百人計劃”科研經(jīng)費(fèi)、中科院水生所領(lǐng)域前沿項目和中科院科普項目等經(jīng)費(fèi)的支持。