下一代測(cè)序數(shù)據(jù)預(yù)處理和分析

使用mother軟件（Schloss et al. 2009）處理和分析序列讀數(shù)（基于16S rDNA和16S rRNA）。不符合以下標(biāo)準(zhǔn)的序列讀數(shù)被丟棄，不進(jìn)行進(jìn)一步分析。這包括未形成重疊群的讀數(shù)、與預(yù)期PCR大小產(chǎn)物偏差較大的讀數(shù)、具有模糊堿基的讀數(shù)或具有超過(guò)8個(gè)堿基長(zhǎng)的同聚物的讀數(shù)。以97%的相似性對(duì)序列讀數(shù)進(jìn)行分組，然后使用mother和Silva（Quast et al. 2012）數(shù)據(jù)庫(kù)作為參考來(lái)識(shí)別共有序列。在分類分析之前，使用每個(gè)樣本生成的所有序列中隨機(jī)選擇的子集（n=10,000）進(jìn)行預(yù)篩選步驟，以進(jìn)一步過(guò)濾掉嵌合體和難以比對(duì)的序列。使用Excel確定不同分類學(xué)水平（例如，綱、目、科、屬）上代表性序列的整體相對(duì)豐度。使用Blast和RDP分類器（Wang et al. 2007）分析序列，以進(jìn)一步確認(rèn)它們的系統(tǒng)發(fā)育歸屬，并在可能的情況下在低分類學(xué)水平（屬和種）對(duì)序列進(jìn)行分類。

結(jié)果

營(yíng)養(yǎng)物去除和生物量增長(zhǎng)

第一階段. 機(jī)械曝氣

在第一階段，所有反應(yīng)器在好氧階段均采用機(jī)械曝氣。圖3-2顯示了實(shí)驗(yàn)期間進(jìn)水和出水的pH、氨氮、COD和TP變化。接種微藻后，系統(tǒng)需要37天才能顯示出一致的營(yíng)養(yǎng)物去除。在此之前，IFAS對(duì)照表現(xiàn)出優(yōu)異的COD、氨氮和TP去除率（分別為95%、80%和89%），但含有微藻的反應(yīng)器（MAIFAS和懸?。╋@示出較差的營(yíng)養(yǎng)物去除率（COD、氨氮和TP均<60%）。然而，一旦藻類適應(yīng)，所有三個(gè)反應(yīng)器的出水中均未檢測(cè)到氨氮，COD不超過(guò)26 mg L?1。同樣，除了一周內(nèi)懸浮反應(yīng)器出水TP超過(guò)5 mg P L?1外，所有反應(yīng)器在第一階段結(jié)束時(shí)的TP去除率均高于70%。含有微藻的SBRs的出水pH被發(fā)現(xiàn)高于IFAS對(duì)照，特別是在第一階段末期。例如，MAIFAS和懸浮反應(yīng)器在第50-75天的出水pH約為8.2；然而，IFAS對(duì)照和進(jìn)水約為7.6。這可能是由于藻類消耗CO?，從而提高了pH值。

圖3-2. (a) pH, (b) 氨氮, (c) COD 和 (d) 總磷（TP）在IFAS對(duì)照、MAIFAS和懸浮藻類對(duì)照SBRs中150天內(nèi)的出水變化

圖3-3顯示了150天實(shí)驗(yàn)期間每個(gè)反應(yīng)器中懸浮生物量的特征。在第一階段，所有SBRs在接種普通小球藻后的前30天內(nèi)均表現(xiàn)出混合液懸浮固體（MLSS）和混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）的下降。懸浮SBR的起始MLVSS為5,250 mg L?1，降至3,500 mg L?1；MAIFAS SBR的起始MLVSS為2,000 mg L?1，降至1,000 mg L?1；IFAS對(duì)照反應(yīng)器的起始MLVSS為2000 mg L?1，在前30天后降至1,800 mg L?1。在初始下降之后，MLVSS濃度在第一階段的剩余時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。雖然所有反應(yīng)器在第一階段都表現(xiàn)出優(yōu)異的營(yíng)養(yǎng)物去除效果，但反應(yīng)器在SBR序列的曝氣階段都供應(yīng)了氧氣。這可能阻礙了微藻的生長(zhǎng)。在第一階段，微藻的生長(zhǎng)在MAIFAS反應(yīng)器中限制在5.76 mg g?1，在懸浮反應(yīng)器中限制在1.76 mg g?1（圖3-3(d)）。

第二階段. 光曝氣

在第一階段，發(fā)現(xiàn)微藻生長(zhǎng)可能因與活性污泥競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物而受到阻礙。因此，在第二階段，營(yíng)養(yǎng)物濃度增加到70 mg NH?-N L?1氨氮和20 mg P L?1總磷（TP），以試圖進(jìn)一步支持微藻生長(zhǎng)。此外，初步的批次實(shí)驗(yàn)（圖B3）表明，當(dāng)普通小球藻選擇異養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)，生長(zhǎng)速率顯著減慢，并導(dǎo)致光曝氣效果差。因此，進(jìn)水COD降低到150 mg L?1，并且MAIFAS和懸浮反應(yīng)器在第二階段不再進(jìn)行機(jī)械曝氣。

實(shí)驗(yàn)條件的改變（即，增加進(jìn)水N和P濃度，減少COD輸入，以及停止機(jī)械曝氣）明顯增加了微藻的生長(zhǎng)。懸浮和MAIFAS SBRs中的葉綠素a濃度分別從3.28增加到44.95 mg L?1和4.15增加到9.53 mg L?1。藻類的這種生長(zhǎng)也使得MAIFAS和懸浮反應(yīng)器中的葉綠素a與懸浮生物量比率分別增加到20.3和13.01 mg g?1。IFAS對(duì)照中的MLVSS減少了43%，MAIFAS中減少了26%。這種減少可能歸因于第二階段進(jìn)水COD濃度的降低。雖然MAIFAS和懸浮SBRs在第二階段初期營(yíng)養(yǎng)物去除有所下降，但在第二階段40天后，營(yíng)養(yǎng)物去除相對(duì)改善。對(duì)照IFAS反應(yīng)器仍然能夠去除進(jìn)水中所有的70 mg N-NH? L?1氨氮（100%氨氮去除）。調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)條件阻礙了對(duì)照IFAS反應(yīng)器中的P去除，這可能是由于懸浮生物量（MLVSS）減少（< 1,000 mg L?1）（圖3-3(a)）；然而，含有藻類的反應(yīng)器，MAIFAS和懸浮，分別顯示出51%和98%的P去除率。此外，藻類細(xì)菌群落表現(xiàn)出優(yōu)異的沉降性，污泥體積指數(shù)（SVI）范圍從74到160，出水中葉綠素a小于1 mg L?。

圖3-3.(a) MLSS ，(b) MLVSS ，(c)葉綠素a，(d)葉綠素a/生物量比在 IFAS 對(duì)照、 MAIFAS 對(duì)照和懸浮藻對(duì)照SBRs中150天內(nèi)的變化。生物量樣本在好氧階段采集。機(jī)械曝氣在第一階段好氧序列期間應(yīng)用于所有反應(yīng)器。僅在第二階段好氧序列期間對(duì) MAIFAS 和懸浮反應(yīng)器施加光照。

從第一階段到第二階段，懸浮反應(yīng)器的出水pH略有增加（從pH 8.2到pH 8.5）（圖3-2(a)），表明反應(yīng)器中藻類生長(zhǎng)和光合作用活性增加。雖然pH升高可能從系統(tǒng)中吹脫了一些氨氮，但在曝氣階段觀察到的最高pH為8.5，表明大部分氨氮去除是生物脫氮，而不是氨吹脫。