焦化废水O/H/O生物处理工艺二级好氧生物反应器的微生物结构和功能

摘要

【背景】焦化废水O/H/O生物处理工艺的二级好氧生物反应器O_(2)具有剩余污染物矿化和完全硝化功能,对废水的达标排放有重要作用。【目的】阐明O_(2)生物反应器的微生物结构和功能。【方法】利用16S rRNA基因测序,研究O_(2)生物反应器的微生物多样性和组成并进行功能预测,揭示其共现性特征和环境影响因子。【结果】O_(2)的优势菌门以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿菌门(Chlorobi)为主。主要菌属中红游动菌属(Rhodoplanes)、溶杆菌属(Lysobacter)、硫杆菌属(Thiobacillus)等参与化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、酚类(phenols)和硫氰酸盐(thiocyanate,SCN-)等剩余污染物的去除,亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio)和硝化螺菌属(Nitrospira)分别作为氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和主要的亚硝酸盐氧化细菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)。功能预测结果显示苯甲酸酯降解、氨基苯甲酸酯降解、氯烷烃和氯烯烃的降解、氟代苯甲酸酯降解和硝基甲苯降解是外源物质生物降解和代谢的前五大通路,广泛分布在主要菌属中,验证了微生物降解剩余污染物的作用。基因pmoA/B/C-amoA/B/C、hao和nxrA/B编码相关的酶,组成了完整的硝化途径。共现网络结果揭示溶杆菌属、Candidatus Solibacter和红游动菌属在O_(2)生态中的重要地位。通过冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明COD和NH3是影响O_(2)微生物群落的主要因素。【结论】红游动菌属和溶杆菌属是O_(2)中最核心的功能菌属,在污染物矿化和维持群落生态稳定上有重要作用。亚硝化弧菌属和硝化螺菌属是硝化作用的核心菌属。O_(2)中的代谢通路以剩余污染物矿化和完全硝化为主,微生物群落主要受COD和NH3的影响。本研究阐明了O_(2)的微生物结构与功能,为焦化废水O/H/O生物处理工艺的改进提供了微生物学上的依据。