Metagenomic insights into the effect of thermal hydrolysis pre-treatment on microbial community of an anaerobic digestion system

基因组 厌氧消化 微生物种群生物学 沼气 活性污泥 产甲烷 生物降解 微生物联合体 生物 微生物代谢 水解 细菌 甲烷 微生物 化学 食品科学 污水处理 生物化学 生态学 环境科学 基因 环境工程 遗传学
作者
Liang Zhang,Xianzhe Gong,Li Wang,Kun Guo,Shenbin Cao,Yan Zhou
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:791: 148096-148096 被引量:59
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2021.148096
摘要

Thermal hydrolysis process (THP) is an effective pre-treatment method to reduce solids volume and improve biogas production during anaerobic digestion (AD) via increasing the biodegradability of waste activated sludge (WAS). However, the effects of THP pre-treated sludge on microbial diversity, interspecies interactions, and metabolism in AD systems remain largely unknown. We therefore setup and operated an anaerobic digester during a long-term period to shed light on the effect of THP pre-treatment on AD microbial ecology in comparison to conventional AD via Illumina based 16S rRNA gene amplicon sequencing and genome-centric metagenomics analysis. Results showed THP sludge significantly reduced the microbial diversity, shaped the microbial community structure, and resulted in more intense microbial interactions. Compared to WAS as the feed sludge, THP sludge shaped the core functional groups, but functional redundancy ensured the system's stability. The metabolic interactions between methanogens and syntrophic bacteria as well as the specific metabolic pathways were further elucidated. Hydrogenotrophic methanogens, Methanospirillum sp. and Methanolinea sp., were the primary contributors for methane production when treating THP and WAS, respectively, which also have potential for acetate oxidation to methane. Collectively, this study provides in-depth information on the interspecies interactions to better understand how THP pre-treatment influences AD microbial community.
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