基于混合藻类草坪过滤器的废水处理系统中生物膜及悬浮微生物群落的宏基因组特征分析

《APMIS》：Metagenomic Characterization of Biofilm and Suspended Microbial Communities in a Hybrid Algal Turf Scrubber-Based Wastewater Treatment System

对虾养殖废水采用藻类生物膜系统（ATS）与高速率藻类池（HRAP）耦合的混合处理工艺进行研究。通过三个营养负荷阶段对比分析发现：固定生物膜（ATS1）在微生物丰富度（Shannon指数9.25）、功能基因（氨氧化、氮循环、萜类合成）及COD（88.6%）、磷（82.1%）、氮（73.4%）去除效率方面显著优于悬浮生物相。ATS1中检测到11类抗生素耐药基因（ARGs），包括β-内酰胺类与磺胺类基因共现，并存在intI1整合子，提示水平基因转移可能。该系统为生态友好型水处理提供了高效生物强化平台，需优化溶解氧、营养比及停留时间。

　　

摘要

本研究探讨了一种混合废水处理系统，该系统结合了基于生物膜的藻类草坪过滤器（ATS）和膜耦合的高效藻类池塘（ATS-MHRAP），用于处理虾类养殖废水。通过霰弹枪宏基因组测序技术，比较了在不同营养负荷条件下附着生物膜（ATS1）和悬浮生物量（ATS2, HRAP1）中的微生物组成、功能途径以及抗生素抗性基因（ARGs）。结果表明，附着生物膜样本（ATS1）的微生物丰富度和均匀度更高，Shannon指数值高达9.25，而悬浮培养物的Shannon指数值为6.93。ATS1中富集的功能途径包括氮循环、氨基酸代谢和萜类化合物生物合成；在中等营养负荷条件下，amoA、nirK和nirS基因的表达水平升高。这些特征与较高的COD（最高88.6%）、磷酸盐（82.1%）和总氮（73.4%）去除效率相吻合。ATS1中的抗生素抗性基因更为多样，检测到多达11个抗性类别，其中β-内酰胺类和磺胺类药物的抗性基因与intI1基因共存，这表明可能存在水平基因转移。ATS-MHRAP系统为基于自然的水产养殖废水处理提供了一个高效且生物富集的平台。我们的研究结果揭示了附着生物膜与悬浮生物群落之间的微生物和功能差异，这对优化溶解氧含量、营养比例以及废水停留时间具有指导意义。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。