处理猪废水的高固体无氧膜生物反应器中的操作值和微生物机制:从过程性能到代谢途径

科学领域:

• 环境微生物学 环境微生物学
• 生物技术是生物技术.
• 废水工程 废水工程

背景情况:

• 由于有机物含量高,猪废水存在重大处理挑战.
• 高固体无氧膜生物反应器 (HSAnMBR) 为高效的废水处理和生物气生产提供了一个有前途的解决方案.
• 了解微生物适应对于优化在不同有机载荷率 (OLR) 下的HSAnMBR性能至关重要.

研究的目的:

• 调查处理猪废水的HSAnMBRs的微生物适应机制和过程稳定性.
• 评估逐步增加的有机载荷率 (OLR) 对HSAnMBR性能和微生物群落动态的影响.
• 阐明微生物策略,使高负载条件下的弹性运行成为可能,以节能地利用废水.

主要方法:

• 高固体无氧膜生物反应器 (HSAnMBR) 的运行,有机载荷率 (OLR) 从5gCOD/L/d增加到26gCOD/L/d.
• 关键绩效指标的监测:化学氧气需求 (COD) 移除,甲产量和挥发性脂肪酸 (VFA) 积累.
• 使用16S rRNA基因测序和元基因组学进行微生物社区分析,以评估多样性,功能基因表达和代谢途径.

主要成果:

• 在OLR≤17gCOD/L/d的情况下,HSAnMBRs实现了高COD去除 (>96%) 和最佳的甲产量 (0.28LCH4/gCOD去除).
• 升高OLR至26gCOD/L/d导致VFA积累和甲原抑制,甲产量减少39%,但在OLR降低后功能恢复.
• 微生物分析显示,古生物多样性增加和特定种群的丰富 (例如,Clostridium_sensu_stricto,性甲基生物),形成了一个有弹性的微生物网络.
• 甲基因组数据表明代谢途径重组,有利于性甲基生成,并在压力下降低了乙克拉斯的主导地位.

结论:

• 在HSAnMBR中的微生物群落表现出了显著的适应能力,发展了代谢互补性和功能替代性,以在波动的高有机负载下保持稳定.
• 该研究破译了关键的微生物机制,包括丰富的性甲基生成,使HSAnMBRs能够在猪废水处理中提供强大的性能.
• 这些发现为设计和运行先进的无氧消化系统提供了基础,以有效和可持续地利用猪资源.