【摘 要】
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为了揭示厌氧消化过程氨抑制失稳机理,明确失稳关键微生物,从而为开发更具高效性和针对性的微生物调控技术提供数据基础,本研究开展了实验室规模的半连续式厌氧消化氨胁迫实验,以高蛋白餐厨垃圾为底物诱导内源氨积累,利用理化分析以及宏基因组和宏蛋白组结合的多组学技术,探究了内源氨积累过程中反应器性能的响应规律及其微生物响应机制。结果表明:1当TAN>2300mg/L时,氨氮会通过抑制主导氨基酸降解菌Amini
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51708057）; 重庆市自然科学基金（cstc2018jcyjAX0743）
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为了揭示厌氧消化过程氨抑制失稳机理,明确失稳关键微生物,从而为开发更具高效性和针对性的微生物调控技术提供数据基础,本研究开展了实验室规模的半连续式厌氧消化氨胁迫实验,以高蛋白餐厨垃圾为底物诱导内源氨积累,利用理化分析以及宏基因组和宏蛋白组结合的多组学技术,探究了内源氨积累过程中反应器性能的响应规律及其微生物响应机制。结果表明:1当TAN>2300mg/L时,氨氮会通过抑制主导氨基酸降解菌Aminivibrio属的代谢活性来抑制氨基酸降解,使得SCOD以氨基酸的形式积累。但长期氨胁迫下,对氨氮耐受的Tissierella、Lutispora和Aminobacterium属可以恢复氨基酸降解活性。2 TAN>2300mg/L的氨氮也会通过抑制主导乙酸型产甲烷菌Methanothrix属的甲基辅酶M还原酶表达活性来抑制乙酸代谢,导致乙酸大量积累并通过反馈作用造成丙酸、丁酸和戊酸等其他VFA的积累,产气性能进一步恶化,反应器面临失稳。但长期氨胁迫下,氨氮耐受的Methanosarcina属的乙酸型甲烷化功能的增强可以恢复乙酸代谢,反馈作用解除,其他类VFA代谢和产气性能都随之恢复。随后由于主导乙酸代谢途径向由Clostridium ultunense和Methanosarcina主导的更耐受氨氮的互营乙酸氧化-氢型甲烷化的转移,乙酸代谢过程稳定性甚至被进一步强化。3 TAN>4500mg/L时,氨氮会通过抑制主导互营丙酸氧化菌Pelotomaculum属的琥珀酰辅酶A合成酶编码基因suc C/D的基因丰度及其表达活性来抑制该属的MMC途径代谢活性,导致系统丙酸互营氧化过程被严重抑制且无法恢复,于是丙酸大量积累,产气性能下降,最终反应器失稳。本研究揭示了内源氨积累过程中厌氧消化反应器性能的响应规律,发现丙酸代谢是过程失稳关键环节,并且SCOD可能是潜在的失稳预警因子;深入剖析了微生物及其功能对内源氨胁迫的响应方式,揭示了丙酸互营氧化过程被氨抑制是导致反应器失稳的根源,丙酸互营氧化菌则是失稳关键微生物,证实了厌氧消化反应器微生物调控的可行性。
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