膜生物反应器(MBR)被普遍认为是最具发展前景的污水处理和水资源再生利用的技术之一,而膜污染是限制MBR技术推广应用的最大瓶颈。现有研究初步显示MBR混合液中某些种类的微生物在膜表面具有更强的黏附倾向,在膜生物污染中具有关键作用,称之为先锋微生物(pioneer microorganism)。本研究拟综合运用T-RFLP、克隆文库、荧光定量PCR和传统微生物培养等技术,揭示MBR处理城市污水过程中的微生物群落结构动态演替规律并识别出在膜污染发生发展中起关键作用的先锋微生物,并将其在膜表面的种类和数量变化与膜污染发生发展相关联;在模型系统内研究这些微生物在膜表面的黏附和脱附过程以揭示其膜污染特性。该项目研究有助于深化人们对MBR膜生物污染微观机理的科学认识,可为开发更有针对性的新型膜污染控制策略提供科学依据。
MBR;membrane pollution;clone library;T-RFLP;microbial community structure
MBR反应器在现代污水处理和再生水回用领域取得了越来越广泛的应用,但是膜污染问题至今仍是该技术推广应用的最大障碍。深入开展膜污染机理的研究,对于深刻理解膜污染的成因并采取有效的膜污染控制策略具有重要的意义。本研究以MBR技术处理印染废水为主体的工业区市政污水为研究对象,深入考察了MBR反应器启动运行前期一个月内的膜污染发生发展的规律,采用现代分子微生物生态学技术手段,包括T-RFLP技术和克隆文库等手段,剖析了MBR膜污染早起MBR反应器污泥主体混合液和膜丝表面微生物定殖发展情况,根据对其微生物群落结构的动态解析,采用分子手段判别到四类“先锋微生物”,其特征片段分别是55bp,79bp,168bp和230bp的细菌类型。根据克隆文库分析和系统发育分析,T-RF=55bp的细菌属于Bacteroidetes 下的Flavobacteriales, 它与Muricauda sp.(AY445076)序列相似度达98%左右。而T-RF=230bp的细菌属于Bacteroidetes 下的Sphingobacteriales, 它与Cytophagales sp.(AF513957)序列相似度达96%左右。特征末端限制性片段T-RF为79bp和168bp都属于γ-Proteobacteria 的细菌类群,其中T-RF=79bp的细菌与Alcanivorax sp.(Y12579)序列相似度达94%左右;而T-RF=168bp的细菌与Marinobacter sp.(EU328029)序列相似度达97%左右。这些类型的微生物在膜污染发展早期起着关键作用,后续研究可以通过对这些类型微生物的生理特性、膜粘附特性的考察,为进一步理解膜生物污染机制,寻找高效的膜清晰方法和膜污染控制策略提供科学依据。