对暴露于无氧废水发酵中高度微塑料的微生物反应的深入分析
Hui Wang1, Wenbo Liao2, Qixing Zhou3
1College of Life Science, China West Normal University, Nanchong 637009, China; MOE Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria, Tianjin Key Laboratory of Environmental Remediation and Pollution Control, Carbon Neutrality Science Center, College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300350, China.
微塑料显著抑制无氧废水处理,减少甲生产和COD去除,同时增加短链脂肪酸. 污泥和生物膜中的不同微生物群落对微塑料污染有明显的反应.
科学领域:
- 环境微生物学 环境微生物学
- 环境化学环境化学
- 生物技术是生物技术.
背景情况:
- 微塑料 (MP) 对水生生态系统和废水处理过程构成越来越大的威胁.
- 无氧消化是一种关键的废水处理方法,它依赖于颗粒污泥 (AS) 和生物膜 (BF) 中的微生物群落.
- 了解MP对这些微生物系统的影响对于有效的废水管理至关重要.
研究的目的:
- 研究不同类型的微塑料 (聚乙烯,聚乙烯和混合物) 对无氧颗粒污泥和生物膜的影响.
- 分析微塑料对微生物新陈代谢的影响,包括甲生产,短链脂肪酸生成和化学氧气需求去除.
- 阐明暴露于微塑料的AS和BF中独特的微生物反应和代谢途径.
主要方法:
- 无氧颗粒污泥 (AS) 和生物膜 (BF) 对聚乙烯 (PE),聚乙烯 (PVC) 和混合 (MIX) 微塑料的暴露.
- 测量关键性能指标:甲产量,短链脂肪酸 (SCFA) 水平和化学氧气需求 (COD) 消除.
- 对细胞压力标记物 (ROS,LDH,ATP,cytc,EPS) 和酶活性进行分析.
- 微生物社区结构分析使用16S rRNA测序和功能基因表达概况通过metatranscriptomics.
主要成果:
- 微塑料显著降低了甲产量 (44.65%-55.89%) 和COD去除 (28.77%-36.78%),同时增加了SCFA水平 (95.93%-124.49%). PVC微塑料表现出最强的抑制作用.
- 微塑料暴露增加了活性氧物种 (ROS),乳酸脱酶 (LDH) 和腺三酸盐 (ATP) 的产生,同时减少了细胞染色体c (cyt c) 和细胞外聚合物质 (EPS).
- AS和BF显示出不同的微生物社区组成和代谢活动;AS有利于乙酸生成 (Firmicutes) 和甲代谢,而BF在多糖化物降解 (Bacteroidota) 和糖解方面表现出色.
结论:
- 微塑料破坏无氧废水处理过程,影响微生物代谢和整体效率.
- 无氧颗粒污泥和生物膜对微塑料污染的反应不同,这影响了它们在废水处理中的各自作用.
- 这些发现强调了在无氧废水处理系统的设计和运行中需要考虑微塑料污染的必要性.
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