摘要
海藻酸（Alg）是由甘露糖醛酸（M）和古罗糖醛酸（G）聚合而成的高分子多糖。大约有10%的海藻酸盐类的胞外多糖（ALE）存在于好氧污泥中，其作为污泥絮凝体和颗粒中胞外基质的重要组成部分，往往被忽视。而这些难降解的胞外聚合物（EPS）是污泥厌氧消化过程中的限速步骤之一。因此，筛选并富集海藻酸降解菌株（ADB）或菌群（ADC），并将其应用于市政污泥的厌氧消化，有望提升污泥厌氧消化效率，促进污泥的资源化利用。本研究包括： 1)以海藻酸（Alg）为唯一碳源，分别采用平板画线法和继代培养法对ADB和ADC进行富集和筛选，纯化出的高效降解海藻酸的菌群ADC，其世代周期和降解海藻酸的能力远优于纯菌株ADB。经过16SrRNA基因高通量测序发现ADC中以负责产酸的厚壁菌门（Fimicutes）为主，该菌门在第360天，占比达到96%以上。 2)通过单因素实验设计，分别对影响菌群生长的因子进行优化。得到混菌ADC最佳的生长和产气条件为：10g/L的海藻酸钠浓度，10%的接种量，pH7，80rpm，30℃。 3)通过对海藻酸厌氧降解过程中的生长曲线和产气累积曲线，中间代谢产物、产气、酶活、海藻酸分子量和浓度、sCOD进行定量和定性的分析，发现ADC生长的缓滞期短，66hr即达到稳定期，并将海藻酸钠几乎全部转化为代谢产物VFAs，CO2和CH4等；ADC对数生长期胞外酶的酶活（2.72U/mL）高于胞内酶活（0.4U/mL）。该混菌具有很强的产酸能力，抑制了产甲烷过程，产气以CO2为主。最终厌氧体系中存在大量乙酸（1000-1500mg/L）、正丁酸（450-650mg/L）和异丁酸（116mg/L）。因为ADC是产酸型的菌群，所以sCOD达到的最高降解率（66hr）仅为21%。并通过对数期和稳定期的宏转录组进行测定，推测海藻酸在ADC作用下的降解路径为：首先一株不可培养细菌（unculturedbacteria）利用海藻酸裂解酶(alginatelyase，EC4.2.2.3)以及寡海藻酸裂解酶（oligo-alginatelyase，EC:4.2.2-）将海藻酸迅速转化成小分子的多糖及DEH单体，然后梭菌通过糖酵解途径（EMP，Embden-Meyerhof-Parnas）和脱氧酮糖酸（ED，Entner-Doudoroff）酵解路径进入丙酮酸循环，从而进一步通过乙酰辅酶A转化为大量乙酸、少量丁酸和CO2，部分乙酸通过甲烷化转化为CO2。相比于传统的海藻酸甲烷转化型菌群，得到了高纯度以及高产更高经济价值的VFAs的功能菌群。 4)将混菌ADC以10%的接种量投加到市政生活好氧污泥中EPS进行厌氧消化，由3D-EEM荧光光谱发现其中微生物代谢的溶解性物质（区域Ⅳ）的占比最高。通过降解实验发现混菌ADC对EPS的产酸（乙酸为主）、产气（CH4为主）以及sCOD的降解起到了一定的促进作用，尤其是对有机物浓度较高的TB-EPS。并发现混菌ADC对紧致型TB-EPS的色氨酸类蛋白（区域Ⅱ）有降解能力外、对非蛋白物质可溶解性微生物代谢物质副产物（区域Ⅳ）以及腐殖酸类的物质（区域Ⅴ）也有降解能力。
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