2021年10月，學術(shù)期刊Microbiome發(fā)表香港大學張彤教授團隊的相關(guān)研究成果，他們對香港的沙田污水處理廠進行了長達9年的跟蹤研究，他們的研究成果進一步加深了我們對活性污泥微生物群落演變的認識。
環(huán)境變化是怎樣影響微生物的種群結(jié)構(gòu)和功能的呢？宏觀生物學的一個經(jīng)典觀點是認為群落受到擾動時，能有一定的適應(yīng)力，但到達某個臨界點之后，系統(tǒng)會進入新的平衡態(tài)，
一些研究已經(jīng)顯示，雖然群落組成變了，但它們可以執(zhí)行大部分相同的代謝路徑，所以系統(tǒng)的功能沒有受到太多影響。但這些不同的群落組合有多穩(wěn)定，以及有什么原因會導致它們的轉(zhuǎn)變呢？學界對這方面還知之甚少。
污水廠依靠各種細菌來凈化污水。污水廠的運行團隊都希望有穩(wěn)定的環(huán)境條件，這樣能保證廠區(qū)運行和出水質(zhì)量的穩(wěn)定。
2021年10月，學術(shù)期刊Microbiome發(fā)表香港大學張彤教授團隊的相關(guān)研究成果，他們對香港的沙田污水處理廠進行了長達9年的跟蹤研究，他們的研究成果進一步加深了我們對活性污泥微生物群落演變的認識。
香港沙田污水廠航拍圖 | 圖源：香港渠務(wù)署
在環(huán)境工程師眼中，活性污泥法是一個百年傳奇，但該研究的都已經(jīng)研究透了，沒什么新鮮事可以挖掘的了。但對于微生物學家來的，這是一個剛發(fā)現(xiàn)的寶藏，一個未解之謎。
運營污水廠的人肯定希望有更快更好更便宜的方法來凈化污水，而微生物生態(tài)學，也許就是幫助他們實現(xiàn)這個目標的關(guān)鍵。
只有了解更多，才能更好地設(shè)計和優(yōu)化污水處理生物工藝。
香港大學張彤教授的團隊在2007年6月到2015年 12月期間，每個月都會在香港沙田污水處理廠采集活性污泥的樣本。他們想看看，復雜的活性污泥微生物群落，在這么長的時間跨度內(nèi)，在經(jīng)歷各種環(huán)境條件的變動時，這個系統(tǒng)是怎么演變的。
他們的研究對象——沙田污水廠和其他污水廠有點不同。原因是香港有大約 80%的居民使用海水沖廁，因此沙田污水廠處理的污水屬于含鹽廢水，海水含量約30%。
這個污水處理廠當時受到季節(jié)性泡沫問題的困擾，從2009年12月下旬開始，當?shù)氐墓こ處焾F隊進行試驗，往污水里投加漂白劑溶液(次氯酸鈉，濃度為1–3 g Cl2/kg MLSS/天)。試驗結(jié)果顯示漂白劑有效地緩解了生物泡沫的發(fā)生。
沙田污水廠的泡沫問題 | 圖源：香港大學張彤實驗室
他們的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，這個污水廠的活性污泥工藝系統(tǒng)在前三年，微生物群落在一個穩(wěn)定的平均值范圍內(nèi)變動，但漂白劑試驗使微生物群落結(jié)構(gòu)突然轉(zhuǎn)入另一種穩(wěn)定狀態(tài)。
從920個宏基因組拼接基因組得到的種系演化圖
圖源：biomedcentral.com
優(yōu)勢菌種變化過程 | 圖源：biomedcentral.com
雖然分類組成在受到干擾后迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樾聽顟B(tài)，但群落的代謝特征和系統(tǒng)性能仍然非常穩(wěn)定。
微生物多樣性有助于系統(tǒng)的相對穩(wěn)定 | 圖源：biomedcentral.com
微生物群落的動態(tài)分析還揭示了在不同時期由不同菌群主導的微生物群落組合，研究團隊還制作了下邊這一系列的可視化圖片幫助讀者了解群落變化的過程。
看完上面的數(shù)據(jù)結(jié)果，大家可能會追問：那這些結(jié)果對污水廠有什么用呢？
原文作者只表示他們的研究再次印證了，高度相似的環(huán)境條件可以支持不同的微生物群落，而這些微生物群落隨著時間的推移保持相對穩(wěn)定，并且在細胞層面執(zhí)行相同的基本功能。
另外他們也指出，這次研究考察的污水廠是一個很特別的咸水生態(tài)系統(tǒng)。在未來的研究里，他們想探究其他污水廠的情況會如何。
而在小編看來，這個研究非常直觀地讓大家看到宏基因組學在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景，它能幫助污水工程師從一個新的維度重新了解污水廠。
可能未來的某年某月某日，工程師和微生物學家眼中的活性污泥法將是一個統(tǒng)一的畫面。
1.https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-021-01151-5#Sec11
2.https://mp.weixin.qq.com/s/ZFaFZAJZVH8TD29Pdh90Kg
3.https://microbiomejournal.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/s40168-021-01151-5.pdf
4.https://www.dsd.gov.hk/TC/HTML/20512.html