侯愛月,李 軍*,王昌穩(wěn),岳耀冬,趙昕燕,卞 偉,張彥灼(.北京工業(yè)大學水質(zhì)科學與水環(huán)境恢復工程北京市重點實驗室,北京 004；.臨沂大學資源環(huán)境學院,山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室,山東 臨沂76005)

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不同好氧顆粒污泥中微生物群落結構特點

侯愛月1,李 軍1*,王昌穩(wěn)2,岳耀冬1,趙昕燕1,卞 偉1,張彥灼1(1.北京工業(yè)大學水質(zhì)科學與水環(huán)境恢復工程北京市重點實驗室,北京 100124；2.臨沂大學資源環(huán)境學院,山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室,山東 臨沂276005)

摘要：為了探討活性污泥好氧顆?；^程對微生物種群的影響、不同底物及不同顆粒化方法培養(yǎng)的好氧顆粒污泥中微生物群落結構的差異,以接種污泥、模擬廢水好氧顆粒污泥和分別投加粉末活性炭和硅藻土的實際生活污水好氧顆粒污泥為研究對象,利用PCR-DGGE對比分析了接種污泥和好氧顆粒污泥中的微生物群落結構.結果表明:活性污泥好氧顆?；^程會減少微生物種群多樣性,影響顆粒污泥穩(wěn)定性的細菌被淘汰,而聚磷菌、反硝化菌、難降解有機物降解菌等污水處理功能微生物都在顆粒化過程中得到保留.活性污泥好氧顆?；^程中能夠?qū)崿F(xiàn)亞硝化細菌(AOB)一定程度的富集.與接種活性污泥相比,好氧顆粒污泥中AOB的多樣性指數(shù)與均勻性指數(shù)均有提高.好氧顆粒污泥中的優(yōu)勢菌群主要分布于變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和未培養(yǎng)菌(uncultured bacterium).其中AOB均屬于β-Proteobacteria的亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas).

關鍵詞：好氧顆粒污泥；微生物群落結構；PCR-DGGE

* 責任作者, 教授, jglijun@bjut.edu.cn

好氧顆粒污泥具有沉降性能好、污泥密度大、生物量高、抗沖擊負荷和耐有毒物質(zhì)的優(yōu)勢.目前好氧顆粒污泥的應用研究多集中在高濃度有機廢水,富含有毒有害污染物廢水以及生活污水的處理中[1-3].好氧顆粒污泥內(nèi)部不同的微環(huán)境能夠為各功能微生物提供適宜的生存條件,應用于生活污水處理時,異養(yǎng)菌、硝化細菌和反硝化細菌協(xié)同作用,可以較好的實現(xiàn)碳氮的同步去除.以典型低有機物濃度城市生活污水培養(yǎng)好氧顆粒污泥的研究還較少[4],以低有機物濃度城市生活污水快速培養(yǎng)好氧顆粒污泥對于該技術的應用至關重要.

好氧顆粒污泥的形成過程是一個較為復雜的過程,其形成受很多操作條件制約,比如接種污泥,底物組成,有機負荷,反應器類型和運行等.SBR的運行模式一直被廣泛用來培養(yǎng)好氧顆粒污泥.城市生活污水的有機物濃度較低,且水質(zhì)成分波動較大,活性污泥好氧顆粒化時間較長.根據(jù)顆粒污泥形成的“晶核假說[5]”并結合工程實踐,在接種污泥的同時添加惰性載體,可以縮短活性污泥好氧顆?；臅r間.高陽等[6]證實在接種活性污泥的同時,投加一定量活性炭可以加速好氧顆粒污泥的顆粒化進程.硅藻土作為吸附劑已被廣泛用在廢水處理中.樊紅輝[7]針對焦化廢水,采用兩級微氧顆粒污泥+硅藻土得到了較好的氨氮去除效果.硅藻土的多孔隙結構和良好吸附性能有助于活性污泥微生物的附著聚集,有助于強化好氧顆?；^程,但是目前對這方面的研究還鮮有報道.

聚合酶鏈式反應—變性梯度凝膠電泳技術(PCR-DGGE),可以同時快速地對多個環(huán)境樣品的微生物群落結構進行比較分析,提供微生物群落調(diào)控方面的理論依據(jù),已成為水處理中微生物檢測的常用方法之一.

本試驗采用SBR反應器,通過控制沉淀時間,分別培養(yǎng)模擬廢水好氧顆粒污泥、投加粉末活性炭的實際生活污水好氧顆粒污泥和投加硅藻土的實際生活污水好氧顆粒污泥.為了了解活性污泥好氧顆粒化過程對微生物種群的影響、不同底物及不同顆粒化方法培養(yǎng)出來的好氧顆粒污泥中微生物群落結構差異,以接種污泥和不同方法培養(yǎng)出來的好氧顆粒污泥為對象,利用PCR-DGGE技術對比分析接種污泥和好氧顆粒污泥中的微生物群落結構.

1　材料與方法

1.1 樣品采集

好氧顆粒污泥的培養(yǎng)采用SBR反應器,高120cm,直徑18cm,總體積30.5L,有效容積為25.4L,由有機玻璃制成.SBR的運行通過定時控制器實現(xiàn)對反應過程的控制.每天運行3個周期,每個周期包含5min進水,7.5h好氧曝氣,沉淀時間由各部分研究內(nèi)容確定,5min排水和5min閑置.

好氧顆粒污泥培養(yǎng)的接種污泥取自北京高碑店污水處理廠回流污泥,該污泥具有良好的脫氮除磷性能,MLSS為3930mg/L,SVI為157.人工配水培養(yǎng)好氧顆粒污泥,進水水質(zhì)指標如表1所示.通過控制沉淀時間,將試驗開始時的15min逐步縮短到3min,系統(tǒng)運行20d后出現(xiàn)顆粒污泥,穩(wěn)定運行后COD平均去除率為94.7%,NH4+-N去除率接近100%,NO2--N積累率達到83%左右,實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化.

表1　人工模擬廢水成分組成Table 1　Compositions of synthetic wastewater

實際生活污水取自北京某高校教工生活區(qū)化糞池,水質(zhì)指標如表2所示.由于直接以實際生活污水為底物較難培養(yǎng)好氧顆粒污泥,因此考慮投加粉末活性炭(PAC)和硅藻土強化活性污泥好氧顆?；^程.投加粉末活性炭實際生活污水好氧顆粒污泥培養(yǎng)過程:反應器接種活性污泥后即投加4000mg/L PAC,控制沉淀時間,將試驗開始的30min初步縮短到3min,系統(tǒng)運行20d后形成顆粒,運行60d后,粉末活性炭好氧顆粒污泥對COD、NH4+-N的去除率分別為85.3%和87.2%;投加硅藻土實際生活污水好氧顆粒污泥培養(yǎng)過程為:進水水質(zhì)、硅藻土投加量及沉淀時間控制條件與投加粉末活性炭過程相同,系統(tǒng)運行60d形成顆粒污泥,運行72d后,硅藻土好氧顆粒污泥對COD、NH4+-N去除率分別為53.2%和34.5%.

取接種污泥及各反應器中形成并穩(wěn)定運行后的好氧顆粒污泥樣品,分別編號為樣品R1(接種污泥)、R2(模擬廢水好氧顆粒污泥)、R3(投加PAC實際生活污水好氧顆粒污泥)和R4(投加硅藻土實際生活污水好氧顆粒污泥),樣品采集后在-20℃下保存.

表2　實際生活污水水質(zhì)Table 2　The quality of real domestic wastewater

1.2 樣品總DNA提取

泥樣在1.5mL離心管中靜沉30min后舍去上清液,15000r/min高速離心5min后,去除上層清液,取0.3g用于總DNA提取,剩余污泥冷凍備用.采用上海生工的“Ezup柱式基因組DNA抽提試劑盒(土壤)”提取后,取5μL用1.2%瓊脂糖凝膠檢測.其余置于-20℃儲存?zhèn)溆?

1.3 聚合酶鏈式反應(PCR)

針對總細菌的PCR擴增,以提取的細菌總DNA作為模板,采用對大多數(shù)細菌16S rRNA基因V3區(qū)都具有特異性的引物對F357-GC(5'-CGCCCGCCGCGCCCCGCGCCCGGCCCGCCGCCCCCGCCCCCCTACGGGAGGCAGCAG-3') 和R518(5'-ATTACCGCGGCTGCTGG-3').反應體系(50μL)為:10×PCR buffer 5μL,dNTP(各2.5mmol/L) 4μL,F357-GC(20μmol/L) 0.5μL, R518(20μmol/L) 0.5μL,Taq DNA聚合酶(5U) 0.5μL,DNA模板1μL,加ddH20至50μL.反應程序為:94℃預變性5min;94℃變性1min,65℃退火1min,72℃延伸1min,共進行20個循環(huán),每個循環(huán)降低0.5℃;94℃變1min,55℃退火1min,72℃延伸1min,共進行10個循環(huán);72℃延伸8min.

針對亞硝化細菌(AOB)的PCR擴增,采用巢式PCR擴增,第一輪擴增以提取的細菌總DNA作為模板,采用特異性引物對CTO189fA/B/C (CTO189fA:5'-GGAGAAAAGCAGGGGATCG-3'、CTO189fB:5'-GGAGGAAAGCAGGGGATCG-3'、CTO189fC:5'-GGAGGAAAGTAGGGGATCG-3')和CTO654r(5'-CTAGCYTTGTAGTTTCAAACGC-3');第二輪擴增以第一輪PCR擴增的產(chǎn)物為模板,采用引物對F357-GC和R518.第一輪反應體系(50μL)為:10×PCR buffer 5μL,dNTP(各2.5mmol/L)4μL,CTO189fA/B/C(20μmol/L)0.5μL, CTO654r(20μmol/L) 0.5μL,Taq DNA聚合酶(5U) 0.5μL,DNA模板1μL,加ddH20至50μL.反應程序為:94℃預變性5min;94℃變性45s,57℃退火45s,72℃延伸90s,共進行35個循環(huán),72℃延伸10min.第二輪反應體系(50μL)為:10×PCR buffer 5μL,dNTP(各2.5mmol/L) 4μL,F357-GC (20μmol/L) 2μL,R518(20μmol/L) 2μL,Taq DNA聚合酶(5U) 0.5μL,DNA模板1μL,加ddH20至50μL.反應程序為:94℃預變性5min;94℃變性1min,65℃退火1min,72℃延伸1min,共進行20個循環(huán),每個循環(huán)降低0.5℃;94℃變性1min,55℃退火1min,72℃延伸1min,共進行10個循環(huán);72℃延伸8min.

1.4 變性梯度凝膠電泳(DGGE)

采用美國Bio-Rad公司生產(chǎn)的DCodeTM基因突變檢驗系統(tǒng)對PCR擴增產(chǎn)物進行分離.電泳條件:凝膠變性梯度30%～65%(總細菌)和30%～ 55%(AOB),電壓105V,電泳緩沖液1×TAE,電泳溫度60℃,電泳時間10h.電泳結束后,用Gel Red核酸凝膠染料染色30min,在凝膠成像系統(tǒng)(Gel DocTMXR+, Bio-Rad)中進行拍照.

1.5 克隆與測序

將凝膠中較亮的條帶切下置于1.5mL的離心管中,加入50uL滅菌的去離子水,4℃下放置過夜,使DNA片段從膠中慢慢擴散出來,以此為模板,采用不帶GC夾結構的F357和R518引物進行PCR擴增,擴增體系和程序同之前帶GC夾的引物對F357-GC和R518.PCR產(chǎn)物用1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測并采用上海生工提供的SanPrep柱式DNA膠回收試劑盒純化,將純化后的DNA片段連接至pMD18-T Vector(TaKaRa, Japan),轉(zhuǎn)化到JM109感受態(tài)細胞中,在含有Amp/XGal/IPTG的LB平板上進行藍白斑篩選.挑選白斑做菌落PCR驗證,片段大小正確的PCR產(chǎn)物送往上海生工生物公司進行測序.將測序所得基因序列利用NCBI網(wǎng)站上BLAST程序與GenBank中已登錄的序列進行同源性比較,下載具有代表性的同源性較高的序列,并利用MEGA5.0軟件中的鄰接算法構建系統(tǒng)發(fā)育樹.

1.6 樣品的生物多樣性分析

應用凝膠分析軟件Quantity One對掃描所得的DGGE圖譜進行分析.將DGGE圖譜中每一個單獨的條帶看作是一個單獨的菌種,并且該條帶的密度等于該菌種的豐度.Shannon多樣性指數(shù)(SDI)由樣品中微生物種屬的數(shù)量和豐度所決定,SDI數(shù)值越大,種群的多樣性越高.Pielou均勻性指數(shù)(EI)表示菌種分布的均勻程度.因此可利用Shannon多樣性指數(shù)和Pielou均勻性指數(shù)討論活性污泥中微生物多樣性特征.計算公式為

式中:Pi為菌種i在菌落中所占的百分比,Pi=ni/N, ni為峰面積,N為所有峰的總面積;S為樣品中所有菌種的總數(shù),即Patrick豐富度指數(shù).

2　結果與討論

2.1 污泥樣品總DNA提取和PCR擴增結果

污泥樣品提取的DNA經(jīng)1.2%的瓊脂糖凝膠電泳檢測,得到的總DNA片段大小約為23kbp,屬于較完整的細菌總DNA,適合做下一步的PCR擴增.以提取的樣品總DNA為模板,通過特異性引物對總細菌16S rRNA基因進行PCR擴增,得到約250bp的片段,與目的基因片段長度相當,適合后續(xù)進行DGGE.以提取的樣品總DNA為模板,通過兩輪特異性引物對AOB 16S rRNA基因進行PCR擴增,分別得到約500bp(第一輪)和250bp(第二輪)的片段,為擴增的目的條帶,適合后續(xù)進行DGGE.

2.2 DGGE指紋圖譜結果

將樣品R1～R4基因組DNA的PCR擴增產(chǎn)物通過變性梯度凝膠電泳分離,獲得DGGE圖譜.如圖1和圖2所示.根據(jù)DGGE技術原理,圖譜中分離出來的條帶都是不同種類的微生物的特定區(qū)的DNA片段,每個條帶原理上可以代表一個微生物種屬,條帶信號強度越大表示該細菌在污泥中的優(yōu)勢地位越大[8].因此DGGE圖譜顯示了樣品R1～R4所代表的接種污泥和不同底物及不同顆粒化方法培養(yǎng)出的好氧顆粒污泥中微生物群落結構的差異.

圖1　好氧顆粒污泥總細菌DGGE圖譜Fig.1　Total bacteria DGGE profile of the aerobic granular sludge

總細菌DGGE圖譜中,有些菌屬是接種污泥和3種好氧顆粒污泥所共有的優(yōu)勢菌屬,如條帶1、2、3、4、7、18,其所代表的微生物對環(huán)境條件具有較強的適應能力,表明接種污泥中的這部分細菌能夠適應不同底物及不同顆?；囵B(yǎng)方法,是各種好氧顆粒污泥中的常見優(yōu)勢細菌;樣品R1中特有條帶9和10,其所代表的微生物只在接種污泥中出現(xiàn),表明這些細菌不利于顆粒污泥的穩(wěn)定,在活性污泥好氧顆?；^程中被淘汰;樣品R2中包含有條帶1、2、3、4、5、6、7、8、11、15、16、17、18、19、20、21,其中樣品2所特有的條帶包括8、11、16、17,表明接種污泥采用模擬廢水培養(yǎng)成熟的好氧顆粒污泥中的優(yōu)勢菌屬發(fā)生了變化,并形成該條件下特有的優(yōu)勢菌屬;樣品R3中包含有條帶1、2、3、4、5、7、12、13、14、18、22,這些條帶在接種污泥樣品中均能夠找到,表明接種污泥投加粉末活性炭培養(yǎng)形成的實際生活污水好氧顆粒污泥中部分細菌淘汰,部分細菌得到富集,且沒有新的優(yōu)勢細菌出現(xiàn);樣品R4中包含有條帶1、2、3、4、7、14、18,該樣品中條帶數(shù)最少,且這些條帶均能在樣品R1中找到,表明接種污泥投加硅藻土培養(yǎng)形成的實際生活污水好氧顆粒污泥中細菌的種類最少,這種培養(yǎng)方法對微生物具有較高的選擇性.

圖2　好氧顆粒污泥AOB DGGE圖譜Fig.2　AOB DGGE profile of the aerobic granular sludge

AOB DGGE圖譜中,有些菌屬是接種污泥和3種好氧顆粒污泥所共有的優(yōu)勢菌屬,如條帶6、7,其所代表的微生物對環(huán)境條件具有較強的適應能力,表明接種污泥中的這部分細菌能夠適應不同底物及不同顆粒化培養(yǎng)方法,是活性污泥與各種好氧顆粒污泥中常見的優(yōu)勢AOB菌屬.有些菌屬是接種污泥培養(yǎng)成好氧顆粒污泥后所形成的新的優(yōu)勢菌屬,如條帶2在樣品R3和R4中出現(xiàn),表明投加粉末活性炭和硅藻土所形成的實際生活污水好氧顆粒污泥環(huán)境中更適合這種細菌的生長;條帶4、9和10均在樣品R2和R4中出現(xiàn),表明這部分細菌能夠適應不同的底物環(huán)境;條帶11在樣品R2、R3、R4中均出現(xiàn),表明這部分細菌是各種好氧顆粒污泥中常見的優(yōu)勢細菌;條帶12只出現(xiàn)在樣品R4中,表明這種細菌是硅藻土好氧顆粒污泥中常見的優(yōu)勢細菌.有些菌屬是接種污泥和特定幾種好氧顆粒污泥中所共有的菌屬,如條帶1在樣品R1、R3和R4中出現(xiàn),表明接種污泥中這部分細菌在實際生活污水好氧顆粒污泥中得到了富集;條帶3和8在樣品R1和R3中出現(xiàn),表明這部分細菌是活性炭好氧顆粒污泥中常見的優(yōu)勢細菌;條帶5在樣品R1、R2和R3中出現(xiàn),表明這部分細菌能夠適應不同的底物環(huán)境.

2.3 細菌種群多樣性

圖3　樣品R1～R4總細菌多樣性Fig.3　The diverisity of total bacteria in sample R1～R4

圖4　樣品R1～R4AOB多樣性特性Fig.4　The diverisity of AOB in samples R1～R4

從圖3可以看出:4個樣品中接種污泥對應的樣品R1的SDI和EI均最高,分別為2.46和0.85,表明接種污泥中微生物種群相對豐富;顆粒污泥對應的樣品R2～R4的SDI和EI均有不同程度下降,其中模擬廢水好氧顆粒污泥(對應樣品R2)的2個指數(shù)最高、活性炭好氧顆粒污泥(對應樣品R3)次之、硅藻土好氧顆粒污泥(對應樣品R4)最低.表明污泥好氧顆粒化的過程會淘汰部分種群從而降低污泥中微生物種群的多樣性.模擬廢水培養(yǎng)的顆粒污泥微生物種群多樣性豐富、分布均勻,而實際生活污水培養(yǎng)的好氧顆粒污泥微生物種群多樣性較低、分布集中,表明顆?；瘲l件越適宜,形成的顆粒污泥的微生物種群結構越多樣.

從圖4可以看出:4個樣品中顆粒污泥多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)均高于接種的活性污泥,模擬廢水好氧顆粒污泥(對應樣品R2)的多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)最高、硅藻土好氧顆粒污泥(對應樣品R4)次之、活性炭好氧顆粒污泥(對應樣品R3)最低.表明好氧顆粒污泥能夠富集AOB,這為好氧顆粒污泥能夠維持穩(wěn)定的短程硝化提供了微生物學基礎.

2.4 特征條帶的回收測序和系統(tǒng)發(fā)育分析

在對DGGE圖譜分析的基礎上,割取代表性優(yōu)勢條帶,進行克隆測序,將測序所得基因序列輸入到NCBI網(wǎng)站,利用BLAST程序與數(shù)據(jù)庫中已有的序列進行比對分析,同時用MEGA5.0軟件構建進化樹.總細菌和AOB的部分條帶16S rDNA序列比對結果分別見表3.總細菌和AOB的系統(tǒng)發(fā)育樹分別見圖5和圖6.

表3　總細菌與AOB部分條帶 16S rDNA 序列比對結果Table 3　16S rDNA sequencing results of total bacteria and AOB bacteria

圖5　總細菌系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.5　Phylogenetic tree of total bacteria

從表3的總細菌片段測序比對結果和圖5的總細菌系統(tǒng)發(fā)育樹可以看出,獲得的各條序列的同源性信息,這些優(yōu)勢細菌基本都能在Genbank數(shù)據(jù)庫中找到同源性較好的細菌,序列相似性范圍在90%～100%.由表3可知,4個樣品中的微生物群落主要分布于變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和未培養(yǎng)菌(uncultured bacterium).這一結果與Wagner[9]對多篇關于廢水生物處理反應器中細菌群落結構的研究結果一致,即變形菌門和擬桿菌門一直是廢水處理系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群.4個樣品共有的條帶中,條帶1與Candidatus Accumulibacter phosphatis (NR_074763.1)同源性達到了100%,Candidatus Accumulibacter phosphatis是一種廣泛存在于脫氮除磷工藝中的聚磷菌[10];條帶4與Erythrobacter citreus(LC020229)同源性達到99%,Erythrobacter citreus據(jù)報道是一種石油污染生物修復細菌[11];條帶18與Thauera sp. (HG513119)同源性達到99%,Thauera屬細菌是一類廣泛存在于各種類型的廢水處理裝置中的反硝化菌,并具有相當廣泛的污染物降解能力的重要功能類群[12];條帶3和條帶7分別與Uncultured bacterium(JF828756.1)和Uncultured bacterium(AM949218.1)的同源性達到95%和97%,表明好氧顆粒污泥中潛藏著許多未被人們認識的微生物新資源.這幾種細菌存在于接種污泥、模擬廢水好氧顆粒污泥、活性炭實際生活污水好氧顆粒污泥和硅藻土實際生活污水好氧顆粒污泥中,表明其具有較強的環(huán)境適應能力,而他們具有的聚磷功能、難降解有機物生物降解功能和脫氮功能都是水處理中功能菌的生化特性.樣品R2中特有的條帶8與Nitrosomonas europaea (AF037106.1)同源性高達98%,β-Proteobacteria的亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)在反應器內(nèi)將氨氧化為亞硝酸鹽,作為短程硝化系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群已經(jīng)見諸多報道[13-14].

圖6　AOB系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.6　Phylogenetic tree of AOB

從表4的AOB片段測序比對結果和圖6的AOB系統(tǒng)發(fā)育樹可以得到,本研究中分離到的亞硝化細菌(AOB)均與β-Proteobacteria的亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)有著較高的相似性(94%～100%),而沒有與亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)和亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)有一定相似性的序列.其中條帶2、3、4、5、6、8、9、10均與Nitrosomonas sp.有著較高的相似性,條帶11與Nitrosomonas europaea(NR_040879.1)同源性達到了100%,條帶12與Nitrosomonas oligotropha(KF228157.1)同源性達到99%. Nitrosomonas europaea對 NH4+-N有較高的半飽和常數(shù)(Ks)(0.42～0.85mg/L),它們對NH3的底物親和力較低,適合生存在富營養(yǎng)環(huán)境中[15-16]; Nitrosomonas oligotropha對NH4+-N的Ks較低, 在0.027～0.059mg/L,常被發(fā)現(xiàn)于貧營養(yǎng)的淡水環(huán)境和中性土壤中[17-18].本研究的優(yōu)勢AOB均屬于亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas),且出現(xiàn)對基質(zhì)要求不同的菌種,表明好氧顆粒污泥內(nèi)部形成的基質(zhì)濃度梯度能夠為多種AOB提供生存環(huán)境.

3　結論

3.1 活性污泥好氧顆粒化過程會減少微生物種群多樣性,影響顆粒污泥穩(wěn)定性的細菌被淘汰,而難降解有機物降解菌、聚磷菌、反硝化菌等污水處理功能微生物都在顆?；^程中得到保留.模擬廢水培養(yǎng)的顆粒污泥微生物種群多樣性豐富、分布均勻,而實際生活污水培養(yǎng)的好氧顆粒污泥微生物種群多樣性較低、分布集中.好氧顆粒污泥中的優(yōu)勢菌群主要分布于變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和未培養(yǎng)菌(uncultured bacterium).

3.2 活性污泥好氧顆?；^程實現(xiàn)了對AOB一定程度的富集,與接種活性污泥相比,好氧顆粒污泥中AOB的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)均有提高,模擬廢水好氧顆粒污泥的多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)最高、硅藻土好氧顆粒污泥次之、活性炭好氧顆粒污泥最低.AOB種群分析表明好氧顆粒污泥中AOB均屬于β-Proteobacteria的亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas),且出現(xiàn)對基質(zhì)要求不同的菌種,表明好氧顆粒污泥內(nèi)部形成的基質(zhì)濃度梯度能夠為多種AOB提供生存環(huán)境.

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Characteristics of microbial community structure in different aerobic granular sludge.

HOU Ai-yue1, LI Jun1*, WANG Chang-wen2, YUE Yao-dong1, ZHAO Xin-yan1, BIAN Wei1, ZHANG Yan-zhuo1(1.Key Laboratory of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China；2.Key Laboratory of Shandong Provincial for Water and Soil Conservation & Environmental Protection, School of Resources & Environment, Linyi University, Linyi 276005, China). China Environmental Science, 2016,36(4)：1136～1144

Abstract：In order to investigate the influences of activated sludge aerobic granulation process on microbial diversity and the differences of microbial community structure in aerobic granular sludge (AGS) which was cultivated by different carbon sources or different granulation methods, the microbial community structure of seed sludge and AGS (AGS with artificial wastewater, AGS with real domestic wastewater by adding diatomite and powered activated carbon respectively) were analyzed by PCR-DGGE. The activated sludge aerobic granulation process led to a low microbial diversity. The bacteria which might impact the stability of granular sludge were eliminated. However, the bacteria which were capable of phosphorus accumulation, denitrification or bio-degradation of refractory organic substances were retained. In the activated sludge aerobic granulation process the ammonia oxidation bacteria (AOB) were enriched to a certain extent. Compared with the seed activated sludge, the diversity index and evenness index of AOB were increased. The dominant bacterial communities in AGS were Proteobacteria, Bacteroidetes and uncultured bacterium. The dominant AOB in AGS were all belonged to Nitrosomonas.

Key words：aerobic granular sludge；microbial community structure；PCR-DGGE

作者簡介：侯愛月(1990-),女,河北張家口人,碩士研究生,主要從事污水生物處理研究.

基金項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項資助項目(2014ZX07201-011)

收稿日期：2015-09-06

中圖分類號：X172

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6923(2016)04-1136-09