上海师范大学张永明教授团队发现驯化的硝化污

上海师范大学张永明教授团队与美国工程院院士，亚利桑那州立大学环境生物技术中心主任Bruce E. Rittmann教授合作在市政污水处理领域研究取得重要进展，发现经过生物驯化后的硝化污泥对有毒污染物2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)具有“记忆力”，且该“记忆力”可以“遗传”至后续生长出的硝化污泥。
 
研究成果以 “硝化生物质能够持续适应2,4,6-三氯酚 (Nitrifying biomass can retain its acclimation to 2,4,6-trichlorophenol)”为题，于2020年8月13日在线发表在《水研究》(Water Research)杂志上。

目前我国拥有约6000座城市生活污水处理厂，其中相当大一部分污水处理厂在日常污水处理过程中要接纳一部分工业废水进行处理。
 
通常情况下，工业废水需要进行一定程度的预处理后才能纳入市政管网进入城市污水处理厂的污水处理系统。
 
但在实际运行过程中，因工业废水处理系统出现故障或是设备泄露等意外情况，一些有毒工业废水会直接进入到城市污水处理系统，导致城市污水处理效率急剧下降甚至崩溃。
 
其中，硝化污泥对有毒污染物极为敏感，很容易导致其活性的急剧下降甚至失活，进而造成重大的水处理事故。目前城市污水处理厂的主要任务是脱氮除磷，其中硝化污泥的泥龄较长，难以在短时间内使其恢复。
 
此外，正常情况下未经预处理的工业废水直接排入到城市污水处理系统并非频繁发生。
 
因此，所驯化的硝化污泥在一定时期没有遭遇有毒工业废水后再次突遇有毒废水时，该硝化污泥尤其是新生的硝化污泥是否仍能保持其抵御毒性的功能亦是人们关心的问题。
 
本研究发现，间隔2个月后再次遇到2,4,6-TCP时，所驯化的硝化污泥仍可以同时有效地降解2,4,6-TCP和进行硝化反应。
 
在上述研究的基础上，课题组首次在国际上提出了硝化污泥具有“记忆力”的概念，同时发现该“记忆力可以“遗传”。
 
通过高通量测序，分析了具有“记忆力”硝化污泥的微生物群落分布，从分子生物学的角度解析了该“记忆力”的相关机理。
 
此前，该团队曾发现经过驯化的硝化污泥对苯酚也具有类似的“记忆力”(Science of the Total Environment, 2019:133622)，这些基础工作开辟了一个全新的研究领域，即如何定向驯化能抵御有毒工业废水并保持其生物活性的硝化污泥，以及该污泥间隔一定时间后，在突遇有毒有害污染物侵入时，是否仍能保持其对污染物的“记忆力”，及其相关机理和作用机制等方面的研究。
 
因此该研究对于城市污水处理厂应对突发事故，避免活性污泥系统瘫痪具有重要的理论和现实意义。
 

普通和驯化硝化污泥以及第5代硝化污泥同时降解TCP和氨氮的对比
（来源：中国给水排水   上海师范大学张永明教授 供稿）