纳米CaO_(2)促进污泥厌氧发酵产酸性能的微生物机制

作     者：潘禹 刘鲡 智笑涵 朱洪涛 PAN Yu;LIU Li;ZHI Xiaohan;ZHU Hongtao

作者机构：北京林业大学北京市水污染源头控制技术重点实验室北京100083 北京林业大学环境科学与工程学院北京100083 

出 版 物：《环境科学研究》 (Research of Environmental Sciences)

年 卷 期：2023年第36卷第7期

页      面：1426-1434页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(No.52270117 51878046) 

主　　题：厌氧发酵 剩余污泥 短链脂肪酸(SCFAs) 抗氧化酶 胞外聚合物(EPS) 微生物 

摘      要：过氧化钙(Calcium peroxide,CaO_(2))可大幅促进污泥厌氧发酵产酸,但其对微生物群类转换的影响机制暂不明晰.针对这一问题,开展了不同CaO_(2)投加比例(每g污泥挥发性固体中CaO_(2)投加量分别0、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35 g,依次标记为C-0、C-10、C-15、C-20、C-25、C-30、C-35)下的污泥厌氧发酵研究,并从胞外聚合物、抗氧化酶等角度解析CaO_(2)氧化胁迫下剩余污泥厌氧发酵产酸微生物群落变化的机制.结果表明:①CaO_(2)促进了污泥的水解,C-35组发酵效果最好,产物短链脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)的浓度达到1424 mg/L,约为C-0组的4.3倍.②高通量测序结果表明,投加CaO2会降低微生物群落的多样性,富集水解产酸菌,抑制其他门类细菌.其中厚壁菌门的相对丰度从C-0组的7.16%增至C-35组的64.23%,产SCFAs的梭菌纲和芽孢杆菌纲相对丰度也显著增加.③随着CaO_(2)投加比例增加,细菌胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)由紧密结合型向松散结合型和黏液型转化,并促进了细菌胞外多糖的合成与分泌,提高了功能菌群的生存能力.④细菌的抗氧化酶系统对厌氧发酵体系中功能菌群的筛选可能具有影响.CaO_(2)提高了功能菌群的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶基因的相对丰度,从而可通过促进抗氧化酶的分泌,提高功能菌群的抗氧化能力,使细菌群落向有利于生产SCFAs的菌群转化.研究显示,在CaO_(2)氧化胁迫下,功能菌群会通过促进EPS的分泌与转化来提高抗氧化酶活性,增强自身的抗氧化能力,从而促进微生物群落中水解酸化功能菌群的富集,这正是该工艺方法提高SCFAs产量的微生物机制.