第一作者：岳景雪
通讯作者：韩昫身
通讯单位：华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心、生态环境部化工过程环境风险评价与控制重点实验室
图文摘要
成果简介
近期，华东理工大学于建国教授团队韩昫身副教授在期刊Bioresource Technology 上发表了题为“Multi-omics insights into ultra-rapid formation of aerobic granular sludge in 9% salinity wastewater by filling of halotolerant loose mycelial pellets”的论文。
本研究针对超高盐废水处理中好氧颗粒污泥形成缓慢且不稳定的挑战，提出松散菌丝球接种策略，从菌丝球接种后（第1天）至好氧颗粒污泥长期运行97天，均满足颗粒标准（D10& D50> 200 μm，SVI30/SVI5= 1），且过程颗粒稳定性好，在菌丝球向颗粒污泥填充/转变过程未发生破碎及掉皮现象。该过程无需驯化直接获得9%盐度耐受的好氧颗粒污泥，是文献报道的超高盐废水体系下好氧颗粒污泥最快速稳定造粒记录。运用宏基因组与宏蛋白组学技术，揭示菌丝球-好氧颗粒污泥转变过程中的真菌-细菌相互作用及微生物定殖机制，发现接种松散菌丝球对转变过程细菌填充具有关键作用。
引言
超高盐有机废水（盐度≥7%）的处理是当前废水治理的重大挑战。高盐环境易导致传统生物处理工艺失效，而电渗析、高级氧化等物理化学技术则存在成本高、可能产生二次污染等问题。因此，开发经济高效的新型生物处理技术迫在眉睫。耐盐好氧颗粒污泥因其在超高盐体系的优良性能而备受关注，但其形成缓慢且不稳定的问题严重限制了应用。已有研究尝试接种菌丝球以加速污泥颗粒化，但会出现颗粒破碎或者掉皮等不稳定问题。作者猜测可能是因为以往研究所用菌丝球（如由黑曲霉、塔宾曲霉、极细枝孢等形成）结构致密，致密的结构阻碍了早期颗粒内部微生物定殖，使得颗粒形成空腔。在菌丝断裂后，颗粒结构失稳，发生破碎或者掉皮现象。因此，结构疏松的菌丝球或可促进早期颗粒内部微生物定殖，实现由菌丝球向好氧颗粒污泥的稳定转变。此外，菌丝球接种策略在超高盐体系的应用尚未见报道。
基于此，本研究首次分离出一株超高盐耐受可成球丝状真菌PenicilliumsteckiiNCSL-JXA6，通过在反应器接种其形成的松散菌丝球，旨在实现9%盐度下好氧颗粒污泥的快速稳定构建。本研究主要目标为：（1）评估该菌丝球在超高盐下加速污泥颗粒化的可行性；（2）探究其松散结构能否避免颗粒结构失稳，实现稳定转变；（3）通过多组学等手段阐明菌丝球-好氧颗粒污泥转变的内在机制。本研究旨在提出一种新颖的松散菌丝球接种策略，为超高盐废水处理提供快速稳定启动的新技术路径。
图文导读
图1松散菌丝球向SAGS转变过程中的形态变化。（A）宏观形态；（B）染色的横断面切片图像；（C）内部（左）和外部（右）颗粒的SEM图像。
接种的白色松散菌丝球稳定转变为好氧颗粒污泥，无破碎或者掉皮等不稳定现象发生。染色切片揭示了颗粒内部微生物的定殖过程：初期菌丝结构松散；第10天细菌附着菌丝生长，染色区域扩大，颜色加深；第22天微生物基本填满空隙，仅余小空腔；第27天空腔完全消失，颗粒结构致密。SEM微观观察进一步证实：第4天，松散核心已出现较多杆菌，表明松散结构有利于微生物早期进入内部；第10天细菌数量增加，菌丝开始萎缩但仍起支撑作用；第27天内部空腔被细菌和胞外聚合物填满，形成稳定的细菌主导型好氧颗粒污泥。
图2微生物群落分析。（A）属水平微生物群落组成；（B-C）第0~41天50个属的网络分析和Zi-Pi分布（宏基因组）；（D-E）第0~41天属水平网络分析Zi-Pi分布（宏蛋白组）。
Vibrio最初在菌丝球中定殖并占主导地位（第4天为53.9%），这有助于微生物聚集并产生EPS。随后，Halomonas取代Vibrio成为定殖微生物中的主导菌属，其比例逐渐增加，在微生物聚集体的形成和转变过程的稳定性维持中起着关键作用。微生物网络分析显示接种的Penicillium是微生物群落的模块中心点和关键物种，对维持群落结构的稳定性和协同性至关重要。
图3微生物定殖的宏基因和宏蛋白组学分析。（A）相关KEGG通路相对丰度（宏基因组）；（B）DEPs变化（第26天v.s.第4天）（宏蛋白组）；（C）相关细菌KO（宏基因组）；（D）第26天和第4天DEPs表达趋势（空心圆：具体数据、黑色球：平均值、白色方框：perc 25, 75）。
宏基因组学和宏蛋白组学综合分析表明，接种真菌的生理活动可能促进了代谢互补和粘附相关物质的合成，从而吸引和锚定细菌。相应地，细菌可能感知了环境和真菌信号（例如oxyR和K20974），激活了鞭毛运动和趋化行为（例如motB），并上调了与粘附和生物膜形成相关的基因表达（例如bapA和ddpD）来促进粘附与聚集。总体而言，松散菌丝结构的物理开放特性以及真菌生理活动提供的生化相互作用可能为菌丝球内部的微生物快速定殖和生物膜形成创造了一个非常有利的生态位。
图4致密和松散菌丝球的微生物填充机制图
最后，本文提出了致密菌丝球颗粒破碎/掉皮和松散菌丝球稳定转变的可能机制。致密的菌丝结构导致了颗粒内外微生物定殖不均匀以及颗粒内部微生物填充不充分，在起主要支撑作用的菌丝断裂后，颗粒结构随之崩溃。而松散的菌丝结构提升了微生物定殖的均匀性，在合适的水力剪切以及厌氧期的作用下，在菌丝结构崩溃前实现了颗粒厌氧内核和连接层的充分发育，使得松散菌丝球稳定高效地转变为SAGS，期间不发生破碎和掉皮。
小结
本研究提出了一种新颖的松散菌丝球-耐盐好氧颗粒污泥转变策略，实现了超高盐度（9%盐度）废水中最快且稳定的耐盐好氧颗粒污泥形成，并通过多组学分析深入探讨了转变机制。使用耐盐真菌Penicillium steckiiNCSL-JXA6形成的松散菌丝球进行生物强化，5天内实现高TOC和TN去除率（约93%和约82%）。颗粒化在第1天完成，并在97天内保持稳定。SEM和颗粒切片染色显示，松散的菌丝球结构允许早期内部微生物定殖，并可在菌丝结构崩塌前快速形成致密连接层和核心，由此实现27天内的稳定转变。EPS和AHLs的增加（以PN、C8-HSL和C12-HSL为主）支持了微生物的快速定殖。多组学分析显示，真菌可能通过提供结构支持、代谢互补和粘附位点促进细菌的附着、向内迁移和聚集，同时生物膜形成相关通路的上调促进了微生物在颗粒内部的聚集和填充。
作者简介
于建国：华东理工大学讲席教授，博士生导师，原副校长，现任国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心主任、资源过程工程教育部工程研究中心主任 、生态环境部化工过程环境风险评价与控制重点实验室名誉主任。主要研究方向包括（1）钾、锂等无机战略矿产资源开发利用；（2）高盐高COD工业废水处理及资源化等。相关研究成果获得国家科技进步二等奖2项、省部级科技进步一等奖4项，在国内外权威期刊上发表高水平学术论文500余篇，公开或授权国家发明专利100余件。先后获得国务院政府特殊津贴专家、国家“九五”科技攻关先进个人、教育部跨世纪人才、首届中国产学研合作创新奖（个人）、全国优秀科技工作者、上海市科技精英、中国化工学会侯德榜化工科技成就奖、国家环境保护专业技术领军人才、中国钾盐钾肥工业功勋人物、中国化工学会会士等荣誉称号。受聘国家863计划资源环境技术领域专家组及资源综合利用技术主题专家组专家、国家督学、第七届国务院学位委员会化学工程与技术学科评议组成员等。兼任中国无机盐工业协会副会长、中国化工学会化肥专业委员会副主任、上海市化学化工学会副理事长等。
韩昫身：华东理工大学资源与环境工程学院 副教授，主要从事高盐、难降解工业废水生物处理技术应用基础研究和产业化，累计在国内外期刊以第一/通讯作者发表论文31篇（中科院一区16篇），授权国家发明专利8件。入选上海市青年科技英才扬帆计划、上海市超级博士后计划，主持国家级、省部级及企业科研项目十余项，担任iMeta、净水技术、天然气与石油等期刊青年编委。
岳景雪：华东理工大学化学工程与技术专业博士研究生，主要从事超高盐体系好氧颗粒污泥的菌丝球强化构建技术研究，以第一作者在 Bioresource Technology，Environmental Research等SCI期刊上发表多篇论文。
课题组及所在团队长期招收硕/博士研究生，欢迎对生物工程、微生物、环境工程等方向怀有浓厚兴趣的同学加入我们。更多信息请联系xushen.han@ecust.edu.cn。
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来源：本文源自韩昫身副教授团队，仅供分享交流不做商业用途，不代表净水万事屋观点，版权归原作者与原作者出处。
排版：李佳佳
校对：李佳佳
审核：阮辰旼
关于《净水技术》
《净水技术》创刊于 1982年，由上海市科学技术协会主管，上海市净水技术学会和上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司联合主办，上海市政工程设计研究总院(集团) 有限公司和同济大学环境科学与工程学院提供学术支持的中国科技核心期刊，华东地区优秀期刊。《净水技术》2025年复合影响因子为1.414，综合影响因子为0.86。
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