隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，工業(yè)廢水排放量也日益激增，其對水環(huán)境的影響程度已不容忽視。特別是高濃度氨氮廢水的超標(biāo)排放，極易造成自然水體富營養(yǎng)化，出現(xiàn)水華和赤潮現(xiàn)象。生化處理是現(xiàn)今應(yīng)用最廣、最經(jīng)濟(jì)的污水處理方式，常見工藝包括以活性污泥法為基礎(chǔ)的AO，A2/O和MBR等�；钚晕勰鄡�(nèi)部微生物在代謝分解污染物時，一方面將污染物中的碳氮物質(zhì)用于自身生長，另一方面，與其他生物共同組成較為穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)。因此，活性污泥中微生物多樣性的研究對優(yōu)化處理工藝具有重要意義。
然而，由于傳統(tǒng)分子生物學(xué)技術(shù)的限制，分離培養(yǎng)法只能鑒別不足1%的微生物，難以揭示活性污泥中微生物的群落結(jié)構(gòu)和生長機制。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有通量高、成本低、靈敏度高、流程自動化等優(yōu)勢的高通量測序技術(shù)已廣泛應(yīng)用于污泥微生物的研究，并且在揭示水處理工藝功能菌群方面發(fā)揮了重要作用。AO工藝作為重要的活性污泥法工藝之一，具有耗能低、脫氮效果良好、抗沖擊負(fù)荷能力強等優(yōu)點，其微生物群落結(jié)構(gòu)動態(tài)主要受溫度和進(jìn)水水質(zhì)等影響。孫豆豆通過對比5 ℃及10 ℃下AO工藝中的活性污泥，發(fā)現(xiàn)各微生物樣品門、綱水平上差異較小，主要綱均為鞘脂桿菌綱和Betaproteobacteria綱，而嗜熱絲菌門和脫鐵桿菌門等只在5 ℃的樣品中發(fā)現(xiàn)。蒙小俊等研究發(fā)現(xiàn)，AO工藝處理焦化廢水時，其處理效果穩(wěn)定期好氧段中優(yōu)勢菌門主要為Proteobacteria、Planctomycetes、Acidobacteria、Candidatus、Saccharibacteria和Bacteroidetes等，并且Proteobacteria門占主導(dǎo)地位，其相對豐度比例為36.00%~76.98%。鄒曉鳳等發(fā)現(xiàn)在AO工藝處理煤化工廢水時，好氧段中微生物的主要菌屬為未分類菌屬、Nitrospira、Nitrosospira、Azospira、Coxiella和Vampirovibrio等。
此外，在淀粉廢水中，氨氮含量較高，碳氮比難以滿足微生物正常代謝分解。利用AO工藝解讀淀粉廠廢水處理效能及微生物群落結(jié)構(gòu)的研究，以及結(jié)合實際污水廠及實驗室小試裝置解讀其運行過程中微生物差異性的研究均鮮有報道�；诖耍狙芯恳院颖蹦车矸酃I(yè)污水處理廠及實驗室AO反應(yīng)器為研究對象，通過調(diào)試AO工藝的運行參數(shù)優(yōu)化水質(zhì)處理效果;同時利用Miseq測序技術(shù)，解析污水廠及實驗室AO反應(yīng)器各階段微生物群落動態(tài)變化;結(jié)合ANOVA分析方法，解讀污水廠及實驗室AO反應(yīng)器微生物群落結(jié)構(gòu)差異，為淀粉工業(yè)廢水處理工藝的穩(wěn)定運行提供技術(shù)支撐與理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 污水站及反應(yīng)器運行
污泥樣品取自河北省某淀粉工業(yè)污水處理廠，該廠設(shè)計水量15 000 m3·d−1，進(jìn)水主要有3個來源：淀粉廠區(qū)廢水、維生素B12廠區(qū)廢水和企業(yè)內(nèi)部生活污水。其中淀粉園區(qū)廢水量9 948 m3·d−1，維生素B12廢水量5 956 m3·d−1。該站主體工藝為多組改良型AO工藝，進(jìn)水COD和NH4+-N平均濃度分別為500 mg·L−1和450 mg·L−1。污水站主要設(shè)計運行參數(shù)：污泥濃度3 000 mg·L−1，混合液回流比50%，污泥回流比50%。共監(jiān)測水質(zhì)142 d，其中第1～60天為前期調(diào)試階段，第61～142天為后期穩(wěn)定運行階段。分別于污水廠調(diào)試開始時及氨氮去除率穩(wěn)定在98%時，即第3天取污泥樣品，編號為X1(缺氧段)和X2(好氧段)，第132天取污泥樣品編號為Z1(缺氧段)和Z2(好氧段)。取樣置于冰桶中運回實驗室，離心(5 min，11 000 r·min−1)后稱取5 g冷凍于−80 ℃冰箱中，以備DNA提取。
AO反應(yīng)器如圖1所示，其采用有機玻璃制作，主體由進(jìn)水桶(50 L)，缺氧池(A池，1.8 L)，好氧池(O池，5.4 L)以及沉淀池和蠕動泵組成。接種污泥取自淀粉工業(yè)污水處理廠生化池，接種污泥濃度(MLSS)為3 000 mg·L−1左右。污水廠污泥取回后，悶曝24 h后排出上清液，去除原有污水中的有機成分，在AO工藝溶液體積不變的情況下緩慢進(jìn)人工配水。為保證實驗室AO裝置與污水廠可比性，進(jìn)水COD和氨氮平均濃度分別為500 mg·L−1和450 mg·L−1，人工配水組成：葡萄糖680 mg·L−1，氯化銨440 mg·L−1，磷酸二氫鉀100 mg·L−1，七水合硫酸鎂100 mg·L−1，七水合硫酸鋅0.06 mg·L−1，氯化鈣47 mg·L−1，硫酸亞鐵40 mg·L−1，硫酸鎂40 mg·L−1，并且需添加微量 CoCl2·6H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O，以保證微生物生長所必需的微量元素[11]。
AO工藝進(jìn)水及污泥回流均采用蠕動泵控制流量，進(jìn)水流量初期控制為0.1 L·h−1，因裝置反應(yīng)體積較小，蠕動泵污泥及硝化液回流量較低，故適當(dāng)提高回流比，使污泥和硝化液回流比分別為200%和100%，初期缺氧段和好氧段溶解氧濃度分別為0.1 mg·L−1和6.5 mg·L−1。水質(zhì)監(jiān)測共45 d。在實際監(jiān)測過程中，根據(jù)COD濃度變化投加碳源，在污泥馴化過程中及AO反應(yīng)器脫氮效率穩(wěn)定在85%時，水質(zhì)不再發(fā)生明顯變化，分別在第5天、第20天、第41天取污泥樣品150 mL，根據(jù)時間先后順序編號W1、W2、W3，離心(5 min，11 000 r·min−1)后稱取5 g冷凍于−80 ℃冰箱中，以備DNA提取。
圖1 實驗室AO反應(yīng)器流程圖
1.2 DNA提取及PCR擴增
DNA提取采用PowerSoil® DNA Isolation Kit試劑盒，按照試劑盒流程提取DNA。以所提取各樣品DNA為模版，對其16S rDNA V4區(qū)擴增。反應(yīng)體系為30 μL，上游引物為EUb341f：5′-cctacgggaggcagcag-3′，下游引物為Eub907r：5′-ccgtcaattcctttgagttt-3′。PCR擴增管中添加DNA模板0.5 μL，正反向引物各0.6 μL，滅菌水22.4 μL，dNTP 2.4 μL，3 μL緩沖液，ExTaq酶0.5 μL。PCR反應(yīng)程序：先94 ℃預(yù)變性10 min，然后進(jìn)行30個循環(huán)(94 ℃變性1 min，55 ℃退火1 min，72 ℃延伸1 min)，最后72 ℃延伸10 min。
擴增結(jié)束后，運用1%瓊脂糖凝膠電泳對PCR產(chǎn)物進(jìn)行檢測，使用Axyprep DNA凝膠回收試劑盒(AXYGEN)切膠回收DNA。PCR擴增后的條帶亮度明顯，位置清晰，可直接用于后續(xù)測序分析。委托北京理化分析測試中心進(jìn)行Illumina MiSeq高通量測序。
1.3 高通量測序數(shù)據(jù)分析
本研究采用Illumina MiSeq PE2 × 125測序方法進(jìn)行測序。測序數(shù)據(jù)下機后，根據(jù)Barcode拆分不同樣本數(shù)據(jù)，并去除Barcode序列及引物序列，利用FastQC對序列進(jìn)行質(zhì)量控制。使用FLASH(v1.2.7，ccb.jhu.edu/software/FLASH/)根據(jù)overlap拼接Miseq雙端測序數(shù)據(jù)，拼接成功率控制在90%以上。利用QIIME(1.8，qiime.org/)過濾低質(zhì)量序列，利用UCLUST (v1.2.22， http://www.drive5.com/uclust/downloads1_2_22q.html)對獲得的高質(zhì)量序列進(jìn)行操作分類單元(OTU)劃分，97%作為相似性閾值，并將獲得的OTU與SILVA(Realease123，www.arb-silva.de)非冗余度0.9的16S序列數(shù)據(jù)庫比對，獲得各OTU代表序列的分類信息�；贠TU的聚類結(jié)果，使用QIIME(1.8，qiime.org/)軟件計算各個樣本α多樣性，以反映本次測序深度、物種均勻性等，并根據(jù)注釋結(jié)果，計算樣本間距離矩陣，進(jìn)行PCA可視化。利用ANOVA(analysis of variance)方法計算污水廠與反應(yīng)器中門和綱水平上物種注釋的豐度差異情況。利用冗余分析(RDA)解析微生物與環(huán)境因子的相關(guān)性。實驗設(shè)計原始數(shù)據(jù)上傳NCBI網(wǎng)站，數(shù)據(jù)項目編號(BioSample accession)為SAMN08107549。
1.4 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)測定
廢水中常規(guī)指標(biāo)檢測方法為：COD采用微波消解法;氨氮采用納氏試劑分光光度法(HJ 535-2009);硝態(tài)氮采用麝香草酚分光光度法(GB/T 5750.5-2006);亞硝態(tài)氮利用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法(GB/T 7493-1987);污泥濃度(MLSS)利用恒重法;pH采用PHB-2型pH計;DO采用LDO™ 便攜式溶氧儀。
1.5 統(tǒng)計分析
所得微生物群落結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析，P<0.05 表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。
2 結(jié)果與討論
2.1 水質(zhì)處理效果分析
對污水廠和實驗室反應(yīng)器AO工藝處理系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測，分別共計142 d和45 d，其對氨氮和COD處理效果分別如圖2和圖3所示。
圖2 污水廠氨氮和COD去除效果
圖3 實驗室反應(yīng)器氨氮和COD處理效果
由圖2可知，污水廠進(jìn)水COD濃度為384~732 mg·L−1，最終出水COD濃度為24~145 mg·L−1，COD去除率為73.54%~96.52%，COD平均去除率為87.25%。污水廠進(jìn)水氨氮濃度為256.0~491.0 mg·L−1，最終出水氨氮濃度為1.1~163.0 mg·L−1，氨氮去除率為64.15%~99.66%，氨氮平均去除率為89.57%。研究表明，淀粉工業(yè)廢水含有大量含碳有機物、含氮有機物以及多種微量元素，易被微生物利用分解。本研究中，污水廠污泥濃度前期較低，在運行第3天取樣，污泥濃度為2 215 mg·L−1。為了提高污泥硝化能力，污水廠提高生化池水溫，由29 ℃提高到34 ℃，同時延長污泥停留時間，到第132天所采樣品Z1、Z2污泥濃度已達(dá)到3 683 mg·L−1，COD和氨氮濃度去除效果逐漸提高。鄧仁建等研究發(fā)現(xiàn)，提高污泥濃度有助于提高COD和總氮去除率，在污泥濃度為4 300 mg·L−1時，SBR總磷去除率最高為75.6%。KAWASAKI等研究發(fā)現(xiàn)，污泥濃度較低時，有機物不能被完全降解;當(dāng)污泥濃度維持在3 000~5 000 mg·L−1時，處理效果穩(wěn)定。
由圖3可知，實驗室AO反應(yīng)器進(jìn)水COD濃度為315~478 mg·L−1，最終出水COD濃度為40~80 mg·L−1，COD去除率為78.57%~90.83%，COD平均去除率為84.22%。進(jìn)水氨氮濃度為364~521 mg·L−1，最終出水氨氮濃度為49.9~434.7 mg·L−1，氨氮去除率為4.21%~88.50%，氨氮平均去除率為39.57%。反應(yīng)器脫氮效率達(dá)到88.50%，認(rèn)為反應(yīng)器啟動成功。COD去除效果變化不明顯，前期污泥馴化階段直到最后，COD去除率均在90%以上，甚至出現(xiàn)0 mg·L−1，證明該實驗反應(yīng)器進(jìn)水可能存在碳源不足的情況，需外加碳源提高脫氮性能。前期(第1～10天)和中期(第11～35天)污泥馴化階段處理效果較差，后期(第36～45天)處理效果逐漸好轉(zhuǎn)，結(jié)果表明該淀粉工業(yè)污水處理廠的活性污泥對相同氨氮、COD濃度的淀粉工業(yè)廢水及葡萄糖模擬廢水均能達(dá)到較好的處理效果。鐘振興等通過接種實際污水廠好氧池污泥，以實驗室反應(yīng)器處理模擬廢水時發(fā)現(xiàn)，COD和氨氮的去除率分別高達(dá)90.9%和90.4%，并基本保持穩(wěn)定，這與本研究結(jié)果相一致。
2.2 微生物群落多樣性分析
為了進(jìn)一步揭示AO工藝中污染物的去除途徑，采用Illumina高通量測序?qū)钚晕勰鄻悠分形⑸锞哼M(jìn)行多樣性分析。如表1所示，7個樣品獲得的有效OTU數(shù)在1 087 ~1 628個之間，好氧池OTU數(shù)目在污水廠及反應(yīng)器中均呈現(xiàn)下降趨勢，其原因可能是專屬菌群相對含量逐漸提高。Chao1指數(shù)側(cè)重于群落豐度，PD whole tree指數(shù)與Shannon指數(shù)側(cè)重于群落的多樣性，數(shù)值越大，群落多樣性越高，菌群覆蓋度指數(shù)(Goods coverage指數(shù))用來表示本次測序相對于整體樣本的覆蓋程度，數(shù)值越高，覆蓋程度越高。
表1 活性污泥中菌群多樣性指數(shù)
由表1可知，在97%的相似水平上，Goods coverage指數(shù)均在94%以上，說明本次測序結(jié)果可充分反應(yīng)微生物真實情況。Chao1指數(shù)在實驗室AO反應(yīng)器的好氧段中整體高于污水廠，說明其物種豐富度較高，并且在各個樣品中，隨著水質(zhì)好轉(zhuǎn)，Chao1指數(shù)呈現(xiàn)降低趨勢。而Shannon和Simpson指數(shù)在污水廠的好氧段中明顯低于AO反應(yīng)器，表明生物多樣性在AO反應(yīng)器中較高，且在污水廠中缺氧段豐富度和多樣性高于好氧段。上述結(jié)果原因可能是各個生物系統(tǒng)體系運行條件有差異，盡管2系統(tǒng)均能對氨氮、COD達(dá)到很好的去除效率，但物種多樣性及豐富度均存在差異，表明水質(zhì)成分存在差異時，作用菌群差異較大。ZHANG等研究結(jié)果與本實驗結(jié)果類似，利用CA解析15個不同進(jìn)水及工藝的污水處理廠微生物群落結(jié)構(gòu)，相對距離為0.6 時，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)差異分為5組，進(jìn)水水質(zhì)差異是影響微生物多樣性和豐富度的關(guān)鍵因素。具體聯(lián)系污水寶或參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
2.3 微生物群落多樣性的主成分分析
根據(jù)主成分分析得到各樣本OTU數(shù)據(jù)的因子載荷，其是污泥樣品中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的具體反映。圖4為污水廠及AO反應(yīng)器7個樣品的微生物群落主成分分析圖，反映了不同進(jìn)水成分污泥樣品的因子載荷變化，樣本間空間距離較近，表明物種組成相對類似。如圖4所示，橫坐標(biāo)PC1貢獻(xiàn)度為66.3%，PC2貢獻(xiàn)度為29.1%，PC3貢獻(xiàn)度為2.5%，污水廠樣品分布在一側(cè)，離散程度較高，實驗室AO反應(yīng)器中W1、W2和W3微生物群落結(jié)構(gòu)相似度較高。X1、X2距離相對于Z1和Z2較遠(yuǎn),W2、W3距離相對于W1距離較近。綜上分析，污水廠缺氧段好氧段中存在專屬菌群，其差異大，水處理效果良好，郭小馬等的研究結(jié)果與本研究結(jié)果類似，在COD和氨氮去除率分別達(dá)到81%和91%時，缺氧段與好氧段微生物種類無明顯差異但相對數(shù)量差異明顯。而實驗室AO反應(yīng)器反應(yīng)體系較小，微生物群落結(jié)構(gòu)差異相對較小。
圖4 微生物群落多樣性的主成分分析
2.4 微生物菌群結(jié)構(gòu)分析
在門、綱和屬水平上對測序結(jié)果進(jìn)行歸類，分析所取4個污水站污泥樣品和3個反應(yīng)器樣品在不同分類水平上的菌群組成及相對豐度差異，結(jié)果見圖5。
圖5 門水平下微生物群落相對豐度
由圖5可見，在門級別，淀粉工業(yè)污水廠中各樣品中(X1~Z2)共統(tǒng)計到51個菌門。Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、Firmicutes、Actinobacteria和Saccharibacteria在各樣本中為主要菌群，其在各階段總豐度平均為86.87%，且總體差異較小。對應(yīng)AO反應(yīng)器中，Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、Firmicutes總相對豐度達(dá)到73.12%~75.61%，為各樣本中絕對的優(yōu)勢菌群，這與MA等和高晨晨等考察焦化廢水及9座不同污水處理廠，發(fā)現(xiàn)在處理不同進(jìn)水及工藝存在差別時，主要優(yōu)勢菌門為Proteobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi和Firmicutes，多樣性不隨水質(zhì)工藝產(chǎn)生差異，但相對豐度有所不同，與本研究結(jié)論一致。各個階段微生物豐度變化較為明顯的為Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes和Chloroflexi等。污水廠中，好氧池各樣品Proteobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes相對豐度分別由23.78%、18.47%和17.81%增長為47.77%、26.36%和12.05%。而AO反應(yīng)器中，Proteobacteria和Bacteroidetes分別由39.99%和6.62%增長為46.25%和21.93%。Chloroflexi在污水廠及反應(yīng)器中分別由17.82%和21.48%降至12.04%和2.76%�？禃詷s[26]研究發(fā)現(xiàn)，Proteobacteria和Bacteroidetes隨著總氮和總磷去除率的提高，其豐度也相應(yīng)增加，具有重要的硝化及反硝化除磷作用，而Firmicutes則與COD的去除有關(guān)。Chloroflexi優(yōu)勢在各生物系統(tǒng)中減弱，可能是因為Chloroflexi為嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，進(jìn)入好氧段后，溶解氧的增加抑制了其生長代謝，而Z1，Z2之間可能是因為Proteobacteria世代時間相對于Chloroflexi較短，在反應(yīng)器營養(yǎng)充分的條件下實現(xiàn)了更多的增殖。
對各樣品變形菌門微生物的分布特征進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。
由表2可知，所選4個樣品中Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria是變形菌門中最優(yōu)勢菌綱，并且呈一定增長趨勢。HU等研究發(fā)現(xiàn)，Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria在脫氮過程中發(fā)揮了重要作用并與反應(yīng)器氨氮濃度呈正相關(guān)。而在實驗室AO反應(yīng)器中，除去Betaproteobacteria呈遞增趨勢，Alphaproteobacteria和Gammaproteobacteria均呈現(xiàn)先增后減的波動趨勢。根據(jù)YE等和王未青的研究，Alphaproteobacteria和Gammaproteobacteria參與硝酸鹽的還原，其從屬菌——聚糖菌又影響了生物除磷過程。在本次實驗中，實驗室AO反應(yīng)器進(jìn)水盡管保證了COD、氨氮等濃度一樣，但其中氮磷組成形式、微量元素及其他有機質(zhì)的差異仍然影響了微生物群落構(gòu)成。
在本階段所取的6個樣品中，共檢測出827種菌屬，其相對豐度如圖6所示。
圖6 屬水平下微生物群落相對豐度
由圖6可知，污水廠與實驗室AO反應(yīng)器各樣品菌屬組成相似。優(yōu)勢菌屬為Anaerolineaceae、Saprospiraceae和Betaproteobacteria等，三者總豐度占到了30%，而Saprospiraceae在污水廠中由8.89%降至1.04%，在AO反應(yīng)器中由1.68%增為11.75%。有研究表明，Saprospiraceae能夠分泌胞外聚合物，代謝葡萄糖、半乳糖、醋酸鹽等，因AO反應(yīng)器反應(yīng)體系較小，微生物群落均能獲得足量葡萄糖、半乳糖等有機質(zhì)，而污水廠X1、X2與Z1、Z2取樣點距離較遠(yuǎn)，后期葡糖糖供給不足，致使Saprospiraceae大量較少。
以上2種污泥系統(tǒng)中AOB(Nitrosomonas，Nitrosospira)和NOB(Nitrospira，Nitrospina)種類完全一致，但相對豐度差異較大。AOB在污水廠和AO反應(yīng)器中相對豐度分別為0.12%和0.07%，NOB分別為0.08%和0.21%。這可能是因為污水廠反應(yīng)體系更為完整且缺氧池、好氧池等相對獨立，專屬菌群長勢良好。MA等研究發(fā)現(xiàn)，活性污泥中AOB和NOB相對豐度處于0.01%~1%的條件下，污水廠仍能保持高效脫氮。有研究表明，活性污泥中與反硝化作用有關(guān)的主要菌屬包括：Azoarcus、Thauera、Comamonas、Rhodobacter、Rhodocyclus和Dechloromonas等。在本研究中，也發(fā)現(xiàn)了Azoarcus、Thauera和Comamonas等可能參與反硝化作用的細(xì)菌類群，其相對豐度如表3所示。由表3可知，Comamonas為其中豐度最高菌群，且各菌屬隨水質(zhì)變化成一定的演替規(guī)律。
表3 各樣品反
硝化相關(guān)菌群相對豐度
2.5 2種工藝微生物構(gòu)成差異
ANOVA(analysis of variance)比較污水廠與實驗室AO反應(yīng)器在不同分類水平上物種豐度差異[34]，結(jié)果見表4。
如圖7所示，在門水平上，厚壁菌門(Firmicutes)豐度在污水廠和反應(yīng)器之間存在顯著差異，其豐度在污水廠中顯著高于反應(yīng)器(P=0.002<0.01)，而變形菌門、擬桿菌門和綠彎菌門等無顯著差異(P>0.05)。在綱水平上，變形菌門中的Betaproteobacteria相對豐度顯著低于反應(yīng)器(P=0.045<0.05)。厚壁菌門中的Bacilli、Negativicutes相對豐度污水廠顯著高于反應(yīng)器(P=0.031、0.032<0.05)、Ignavibacteria則顯著高于反應(yīng)器(P=0.004<0.01)。結(jié)合污水廠及實驗室AO小試裝置水質(zhì)處理效果可知，菌群豐度的差異是進(jìn)水水質(zhì)成分差異造成，并且受水質(zhì)處理效果影響。
表4 污水廠與反應(yīng)器門、綱水平上物種相對豐度的差異
本研究選取污泥濃度(MLSS)、COD、氨氮(ammonia)和溫度(T)作為環(huán)境因子，結(jié)合各樣本微生物群落結(jié)構(gòu)，利用冗余分析(RDA)研究微生物與環(huán)境因子的相關(guān)性。結(jié)果(見圖7)表明，主軸1和主軸2共解釋了微生物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)參數(shù)總變異的80.31%，污水廠樣品中，X1、X2分布較近，與Z1、Z2相同，而實驗室AO裝置分布較遠(yuǎn)，水質(zhì)處理較差的W1、W2分布較近，而W3距離較遠(yuǎn)。并且實驗室裝置前期受氨氮影響較大。X1、X2期間受COD影響較大，經(jīng)調(diào)試污泥停留時間后，Z1、Z2污泥濃度增加。微生物群落中Corynebacterium和Saprospiraceae受COD影響較大，Comamonadaceae、Salmonella以及Variovorax受氨氮影響較大。Oxalobacteraceae及Lactobacillus與污泥濃度相關(guān)。
圖7 污水廠和反應(yīng)器微生物RDA分析結(jié)果
3 結(jié)論
1) 進(jìn)水COD、氨氮濃度分別為500、450 mg·L−1時，污水廠COD和氨氮出水濃度為83和1.3 mg·L−1,COD去除率為73.54%~96.52%，氨氮去除率為64.15%~99.66%。AO反應(yīng)器出水濃度分別為78和107 mg·L−1，COD去除率為78.57%~90.83%，氨氮去除率為4.21%~88.50%。經(jīng)過一定時間的調(diào)試污泥馴化后，工業(yè)污水廠活性污泥對人工配水保持較高的凈化效率。
2) 根據(jù)PCA分析，受反應(yīng)體系影響，污水廠各樣品微生物群落結(jié)構(gòu)離散程度較大，而AO反應(yīng)器由于體系小，水質(zhì)相對穩(wěn)定，3個污泥樣品微生物群落結(jié)構(gòu)差異相對較小。
3) 高通量測序結(jié)果表明，變形菌(Proteobacteria)、擬桿菌(Bacteroidetes)、綠彎菌(Chloroflexi)、厚壁菌(Firmicutes)、放線菌(Actinobacteria)和Saccharibacteria為污水廠和反應(yīng)器中主要菌群，相對豐度為81.53%~92.36%。受水質(zhì)成分影響，在污水廠系統(tǒng)和反應(yīng)器中差異較為明顯的為Firmicutes和Betaproteobacteria和Saprospiraceae等。(來源：環(huán)境工程學(xué)報 作者：鄭向陽)
