下一代測序數據預處理和分析

使用mother軟件（Schloss et al. 2009）處理和分析序列讀數（基于16S rDNA和16S rRNA）。不符合以下標準的序列讀數被丟棄，不進行進一步分析。這包括未形成重疊群的讀數、與預期PCR大小產物偏差較大的讀數、具有模糊堿基的讀數或具有超過8個堿基長的同聚物的讀數。以97%的相似性對序列讀數進行分組，然后使用mother和Silva（Quast et al. 2012）數據庫作為參考來識別共有序列。在分類分析之前，使用每個樣本生成的所有序列中隨機選擇的子集（n=10,000）進行預篩選步驟，以進一步過濾掉嵌合體和難以比對的序列。使用Excel確定不同分類學水平（例如，綱、目、科、屬）上代表性序列的整體相對豐度。使用Blast和RDP分類器（Wang et al. 2007）分析序列，以進一步確認它們的系統發育歸屬，并在可能的情況下在低分類學水平（屬和種）對序列進行分類。

結果

營養物去除和生物量增長

第一階段. 機械曝氣

在第一階段，所有反應器在好氧階段均采用機械曝氣。圖3-2顯示了實驗期間進水和出水的pH、氨氮、COD和TP變化。接種微藻后，系統需要37天才能顯示出一致的營養物去除。在此之前，IFAS對照表現出優異的COD、氨氮和TP去除率（分別為95%、80%和89%），但含有微藻的反應器（MAIFAS和懸浮）顯示出較差的營養物去除率（COD、氨氮和TP均<60%）。然而，一旦藻類適應，所有三個反應器的出水中均未檢測到氨氮，COD不超過26 mg L?1。同樣，除了一周內懸浮反應器出水TP超過5 mg P L?1外，所有反應器在第一階段結束時的TP去除率均高于70%。含有微藻的SBRs的出水pH被發現高于IFAS對照，特別是在第一階段末期。例如，MAIFAS和懸浮反應器在第50-75天的出水pH約為8.2；然而，IFAS對照和進水約為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對照、MAIFAS和懸浮藻類對照SBRs中150天內的出水變化

圖3-3顯示了150天實驗期間每個反應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天內均表現出混合液懸浮固體（MLSS）和混合液揮發性懸浮固體（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對照反應器的起始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間內保持穩定。雖然所有反應器在第一階段都表現出優異的營養物去除效果，但反應器在SBR序列的曝氣階段都供應了氧氣。這可能阻礙了微藻的生長。在第一階段，微藻的生長在MAIFAS反應器中限制在5.76 mg g?1，在懸浮反應器中限制在1.76 mg g?1（圖3-3(d)）。

第二階段. 光曝氣

在第一階段，發現微藻生長可能因與活性污泥競爭營養物而受到阻礙。因此，在第二階段，營養物濃度增加到70 mg NH?-N L?1氨氮和20 mg P L?1總磷（TP），以試圖進一步支持微藻生長。此外，初步的批次實驗（圖B3）表明，當普通小球藻選擇異養生長時，生長速率顯著減慢，并導致光曝氣效果差。因此，進水COD降低到150 mg L?1，并且MAIFAS和懸浮反應器在第二階段不再進行機械曝氣。

實驗條件的改變（即，增加進水N和P濃度，減少COD輸入，以及停止機械曝氣）明顯增加了微藻的生長。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。藻類的這種生長也使得MAIFAS和懸浮反應器中的葉綠素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水COD濃度的降低。雖然MAIFAS和懸浮SBRs在第二階段初期營養物去除有所下降，但在第二階段40天后，營養物去除相對改善。對照IFAS反應器仍然能夠去除進水中所有的70 mg N-NH? L?1氨氮（100%氨氮去除）。調整后的實驗條件阻礙了對照IFAS反應器中的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，含有藻類的反應器，MAIFAS和懸浮，分別顯示出51%和98%的P去除率。此外，藻類細菌群落表現出優異的沉降性，污泥體積指數（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 對照、 MAIFAS 對照和懸浮藻對照SBRs中150天內的變化。生物量樣本在好氧階段采集。機械曝氣在第一階段好氧序列期間應用于所有反應器。僅在第二階段好氧序列期間對 MAIFAS 和懸浮反應器施加光照。

從第一階段到第二階段，懸浮反應器的出水pH略有增加（從pH 8.2到pH 8.5）（圖3-2(a)），表明反應器中藻類生長和光合作用活性增加。雖然pH升高可能從系統中吹脫了一些氨氮，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。