朱超，賈柳，張文婷，岳丹晴，馬宏瑞

（陜西科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710021）

在廢水污染控制行業(yè)，生物原位強(qiáng)化是采用引入外源菌種或生物促生劑的方式，經(jīng)土著微生物馴化和代謝激活，強(qiáng)化原有廢水處理生化系統(tǒng)功能，或縮短系統(tǒng)生化功能的恢復(fù)周期[1]。生物原位強(qiáng)化技術(shù)的目標(biāo)為用生化的方式來替代進(jìn)水的物化預(yù)處理方式，在污染物協(xié)同去除的基礎(chǔ)上逐步減少物化混凝藥劑的使用，減少物化污泥產(chǎn)量；強(qiáng)化系統(tǒng)生化降解效率，提升系統(tǒng)出水指標(biāo)，降低系統(tǒng)綜合運(yùn)行費(fèi)用；實(shí)現(xiàn)高濃度有機(jī)廢水脫氮除磷處理[2]。

在制革行業(yè)中，因在加工過程中使用材料大多為植物鞣劑、蛋白酶、鉻鞣劑等，有機(jī)含鉻廢水具有高化學(xué)需氧量（COD）、氨氮的特點(diǎn)[3]。一般制革綜合廢水中COD 為2000～4000 mg/L、NH3-N 為200～400 mg/L。傳統(tǒng)的A/O 工藝在處理制革廢水過程中存在水解酸化不徹底[4]、污泥量大、出水氨氮不穩(wěn)定[5-6]等問題。在實(shí)驗(yàn)室條件下，基于單一菌株的生物強(qiáng)化通常在去除特定污染物方面非常有效。研究表明[7]，將菌株Burkholderia pickettii 投加在處理制革廢水的厭氧- 缺氧- 好氧工藝中，3段的COD 去除率分別達(dá)25%、16%、59%。使用一種從天然土壤中富集的新型微生物復(fù)合菌劑(BM-S-1)用于處理韓國皮革制造業(yè)廢水，COD、TN和TP 的去除效率分別大于91%、79%和90%；緩沖罐（B），一次曝氣（PA），二次曝氣（SA）和污泥消化罐（SD）中的分別顯現(xiàn)優(yōu)勢種變形桿菌，硬毛菌，擬桿菌，浮游菌和嗜熱球菌[8]。但是在規(guī)?；こ虘?yīng)用條件下，外加菌劑往往與生物處理系統(tǒng)中的土著菌在種間競爭中呈現(xiàn)群落和代謝功能衰退的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致生物強(qiáng)化的效果不好，或?yàn)檫_(dá)到效果大量接種導(dǎo)致施用成本高[9]。因此必須通過改善菌劑強(qiáng)化方式和運(yùn)行參數(shù)來達(dá)到高效低投入的目的。目前仍缺少在規(guī)模化生產(chǎn)中進(jìn)行工藝嵌入式的菌劑強(qiáng)化效果研究，特別是菌劑不同強(qiáng)化方式，如活化方式和投加方式對(duì)處理效果的研究；菌劑投加后處理系統(tǒng)中微生物群落演替及代謝功能變化的系統(tǒng)評(píng)估幾乎是空白。而這些問題的研究對(duì)于菌劑生物強(qiáng)化工業(yè)水污染控制的高效精準(zhǔn)化、技術(shù)實(shí)施的低成本化和推廣具有重要意義。

為優(yōu)化制革廢水處理A/O 工藝，優(yōu)化菌劑強(qiáng)化效率，本研究在傳統(tǒng)A/O 工藝的O 段投加不同活化方式的功能菌劑，探究對(duì)脫氮、脫碳效率的影響。應(yīng)用宏基因組分析和基于Biolog 板的碳代謝指紋分析不同活化方式對(duì)強(qiáng)化過程中菌劑和各單元活性污泥體系中微生物群菌落結(jié)構(gòu)的影響，探究菌劑強(qiáng)化后各生物處理單元功能菌群的演替及相應(yīng)的代謝功能變化。為制革廢水處理提供一套高效脫碳脫氮的分段生物強(qiáng)化處理技術(shù)體系。

1 材料與方法

1.1 處理工藝及運(yùn)行現(xiàn)狀

本研究在河北某制革廠綜合廢水處理站進(jìn)行生物強(qiáng)化實(shí)施和效果評(píng)價(jià)，該廢水處理工藝流程如圖1 所示，各單元主要運(yùn)行參數(shù)如下：該廢水站處理水量5000 m3/d，廢水經(jīng)粗格柵、細(xì)格柵和篩網(wǎng)除廢水中的體積較大的懸浮物和沙渣，在調(diào)節(jié)池加藥處理后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀，綜合廢水進(jìn)入后續(xù)生化系統(tǒng)。綜合廢水進(jìn)水COD 為3500～5000 mg/L，NH3-N 為 150～200 mg/L，S2-為 100～200 mg/L，SS 為300～450 mg/L。水解酸化池水力停留時(shí)間（HRT）為12 h，溶解氧（DO）小于0.3 mg/L；好氧池水力停留時(shí)間為35 h，溶解氧保持3.0～4.0 mg/L；各生化單元中MLSS 為7000～9000 mg/L。好氧 段 廢 水 COD 為 600～800 mg/L，NH3-N 為180～220 mg/L。

1.2 菌劑多級(jí)活化強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)

1.2.1 多級(jí)強(qiáng)化活化實(shí)驗(yàn)菌劑

實(shí)驗(yàn)所用的菌劑為復(fù)合功能菌劑Eure-01。該菌劑為國內(nèi)某環(huán)保公司生產(chǎn)銷售的復(fù)合功能菌劑，主要由變形菌屬、擬桿菌屬等組成，常用于污水處理中的生物強(qiáng)化技術(shù)。該制革廠綜合廢水處理站選用此菌劑的主要目的是強(qiáng)化COD 的削減，同時(shí)一定程度上提高氨氮去除率。

1.2.2 菌劑強(qiáng)化營養(yǎng)液

菌劑活化過程中所使用的營養(yǎng)液的組成成分為糖蜜3 g/L、葡萄糖0.2 g/L、酵母膏0.1 g/L、蛋白胨0.2 g/L、磷酸氫二鉀0.04 g/L、磷酸二氫鉀0.03 g/L 以及硫酸鎂0.02 g/L。

1.2.3 菌劑多級(jí)活化強(qiáng)化小試

投加菌劑、營養(yǎng)液于錐形瓶內(nèi)，其中菌劑干粉投加量為5%、營養(yǎng)液投加量為95%，將燒杯置于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)振蕩培養(yǎng)48 h，使DO 保持在1.5～2.0 mg/L，獲得菌劑第一級(jí)活化液。將第一級(jí)菌劑活化液與生化調(diào)節(jié)池混合液（MLVSS≥2000 mg/L）按照體積比為1∶9 置于1 L 燒杯內(nèi)進(jìn)行曝氣培養(yǎng)24 h，使DO 保持在2～3 mg/L，獲得第二級(jí)菌劑活化液。

將河北某制革廠綜合廢水處理站好氧污泥與好氧段廢水進(jìn)行混合，使SV30 控制在30%左右，在燒杯中進(jìn)行不間斷曝氣，其中對(duì)照組不投加任何菌劑。菌液活化的處理實(shí)驗(yàn)，采用分批投加0.1%第二級(jí)菌劑活化液方式，每24 h 投加一次；直投菌粉的處理實(shí)驗(yàn)投加等量菌劑干粉，并在24 h 實(shí)施菌粉的重復(fù)投加。每個(gè)處理重復(fù)兩次，每次處理實(shí)驗(yàn)持續(xù)3 的d。每隔24 h 移取5 mL 上清液，測定COD 和NH3-N 指標(biāo)。

1.2.4 菌劑多級(jí)活化強(qiáng)化工程應(yīng)用

投加菌劑、營養(yǎng)液于母液桶內(nèi)，其中菌劑干粉投加量為5%、營養(yǎng)液投加量為95%，擴(kuò)配最佳溫度為30 ℃，曝氣培養(yǎng)，使DO 大于2 mg/L，獲得菌劑第一級(jí)活化擴(kuò)配母液。單批母液擴(kuò)配時(shí)間大于48 h，單次培養(yǎng)1 t。母液桶使用2 立方米塑料桶兩套，設(shè)置曝氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)。將母液和生化調(diào)節(jié)池混合液（MLVSS≥2000 mg/L）按照體積比為1∶9 置于活化液桶中進(jìn)行24 h 混合活化，DO 大于2 mg/L，單次培養(yǎng)10 t，獲得第二級(jí)菌劑活化液（2.1 × 109 個(gè)/mL）?；罨和笆褂?1 m3現(xiàn)場池體兩套，設(shè)置曝氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，在處理站日常運(yùn)行過程好氧池中投加上述第二級(jí)菌劑活化液，投加量為單次10 t，每天一次持續(xù)6 d。

等量菌劑干粉直接投加至好氧池內(nèi)（7.3 ×107個(gè)/mL）；不添加營養(yǎng)液強(qiáng)化，在第一級(jí)活化過程中使用清水對(duì)等量菌劑進(jìn)行活化，之后采用上述相同的第二級(jí)活化方式獲得的菌劑活化液（6.3× 108個(gè)/mL）投加至好氧池為兩組對(duì)照。

按照批次實(shí)驗(yàn)的方式，每種不同活化方式的菌劑投加間隔為一周，目的是使生物處理系統(tǒng)中的群落恢復(fù)原來狀態(tài)，避免前一次菌劑強(qiáng)化的影響。分別監(jiān)測每一批次好氧段出水水質(zhì)指標(biāo)，每隔12 h 取樣檢測水質(zhì)pH、COD 及NH3-N 濃度變化，連續(xù)檢測6 d。

1.3 處理系統(tǒng)微生物群落代謝測定和多樣性分析

1.3.1 功能菌劑代謝能力分析

Biolog 法常作為便捷手段被用于研究微生物群落的代謝特性及功能多樣性，優(yōu)點(diǎn)是可省略分離階段而直接將水樣接種至96 孔板[10]。本研究通過活化菌劑直接接種，酶標(biāo)儀設(shè)置波長602 nm 測定菌劑樣品吸光度，計(jì)算AWCD 值(平均吸光度)分析功能菌劑代謝能力。

式中：Ci為反應(yīng)孔的吸光度；R 為空白孔的吸光度；n 為計(jì)算孔數(shù)。

1.3.2 菌劑微生物機(jī)制謝功能分析

Biolog EcoPlate 是一款用于測定微生物群落碳代謝的微平板培養(yǎng)基。每塊微平板培養(yǎng)基上共96個(gè)微孔，每32 個(gè)孔為1 組，每組包含1 個(gè)空白及31 種碳源，共3 組實(shí)現(xiàn)3 次平行重復(fù)。分別取多級(jí)強(qiáng)化活化后菌液、好氧池（MLVSS 6000 mg/L）、水解酸化池（MLVSS 3000 mg/L）樣品于50 mL 離心管內(nèi)，設(shè)定離心轉(zhuǎn)速為2000 r/min，離心時(shí)間為10 min，離心溫度為4 ℃的條件下進(jìn)行離心，取離心后的上層清液稀釋進(jìn)行接種。酒精擦拭超凈工作臺(tái)并對(duì)其進(jìn)行30 min 紫外消毒，之后點(diǎn)燃酒精燈進(jìn)行無菌操作；Ecoplate 平板培養(yǎng)基內(nèi)，樣品孔接種150 μL 樣品清液，空白孔接種等量0.9%生理鹽水，將接種好的平板培養(yǎng)基置于28 ℃的環(huán)境下恒溫培養(yǎng)；酶標(biāo)儀設(shè)置波長602 nm，每24 h 讀取一次數(shù)據(jù)，連續(xù)檢測240 h，讀板前低速震動(dòng)5 s 使孔內(nèi)顏色均勻。

1.3.3 菌劑微生物多樣性分析

以菌劑干粉為對(duì)照，取樣編號(hào)為A；菌劑在營養(yǎng)液內(nèi)進(jìn)行多級(jí)活化強(qiáng)化后投加入好氧池，取第六天好氧池樣品編號(hào)為B；菌劑在清水中進(jìn)行多級(jí)活化后投加入好氧池，取樣品編號(hào)為C；經(jīng)干粉菌劑直接投加后活性污泥混合水樣，取樣品編號(hào)為D。將活化后的樣品取樣放入50 mL 離心管內(nèi)，設(shè)定離心轉(zhuǎn)速為5000 r/min，離心時(shí)間為10 min，離心溫度為4 ℃的條件進(jìn)行高速離心處理。離心結(jié)束后，去掉離心管內(nèi)上層清液，獲得不同強(qiáng)化方式下的活性污泥樣品進(jìn)行微生物群落結(jié)構(gòu)分析。

1.4 分析方法

COD 的測定采用快速消解法，參考國標(biāo)《HJ/T399-2007》；NH3-N 的測定采用納氏試劑分光光度法，參考國標(biāo)《HJ 535-2009》；MLSS、MLVSS濃度的測定采用重量法；pH 的測定采用儀器快速測定。Origin 處理AWCD 值并作圖分析菌劑的代謝特征。Heml 1.0.3.3-Heatmap Illustrator 繪制菌群代謝功能熱圖。對(duì)收集到的樣品基于Illumina HiSeq 測序平臺(tái)，利用雙末端測序(Paired-End)的方法[11-12]，構(gòu)建小片段文庫進(jìn)行測序分析菌劑微生物群菌落結(jié)構(gòu)特征。

2 結(jié)果與討論

2.1 菌劑處理效能的影響

2.1.1 菌劑強(qiáng)化處理制革廢水

為了解菌劑的生產(chǎn)特點(diǎn)和作用效果，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。表1 為投加菌劑進(jìn)行生物強(qiáng)化處理前后效果對(duì)比。結(jié)果顯示，COD 和NH3-N去除率均有顯著提高，加多級(jí)菌劑活化液后分別提高45.11%、39.32%。因此將該菌劑的多級(jí)活化方式應(yīng)用至實(shí)際污水處理流程中，探究其工程化應(yīng)用過程中的處理效能。

2.1.2 菌劑多級(jí)強(qiáng)化工程處理效能

菌劑對(duì)好氧池內(nèi)碳氮去除的影響如圖2 所示。其中，空白為未投加菌劑前好氧池污泥對(duì)COD和氨氮的去除效果；樣品B 為好氧池內(nèi)投加菌劑活化強(qiáng)化液后的處理效果；樣品C 為不添加營養(yǎng)液，僅使用清水對(duì)等量菌劑進(jìn)行多級(jí)活化后的活化液投加至好氧池后的處理效果；樣品D 為菌劑直接投加后好氧池的處理效果。經(jīng)不同活化方式活化后的菌劑及未活化的菌劑投入至好氧池，其對(duì)COD 去除率和NH3-N 去除率均呈現(xiàn)促進(jìn)的變化趨勢。

表1 投加菌劑前后處理效果Tab.1 Treatment effect before and after adding bacteria agent

圖2 不同處理情況下COD 和NH3-N 去除率的變化Fig. 2 Changes in removal rates of COD (a) and NH3-N (b) under different treatment conditions

由圖2 可以看出，當(dāng)活性污泥內(nèi)未添加菌劑時(shí)，好氧池內(nèi)COD 去除率保持在35%～50%左右，NH3-N 的去除率保持在20%～35%。在采用營養(yǎng)液進(jìn)行多級(jí)活化的菌劑與活性污泥的共同作用下，反應(yīng)器中的COD 去除率和NH3-N 的去除率有了明顯的提升。COD 去除率可保持在80%～90%之間，系統(tǒng)出水COD 平均去除率分別較未投加前強(qiáng)化50%左右，較菌劑未活化直接投加強(qiáng)化率接近30%。NH3-N 去除率可保持在65%～80%之間，系統(tǒng)出水NH3-N 平均去除率分別較未投加前強(qiáng)化率為40%左右，較菌劑未活化直接投加強(qiáng)化率為30%左右?？赡艿脑蚴嵌嗉?jí)活化過程中營養(yǎng)物質(zhì)的引入縮短了菌劑的停滯期，使菌劑更快進(jìn)入對(duì)數(shù)生長期；同時(shí)原廠廢水的適應(yīng)性馴化使菌劑中的功能微生物更容易適應(yīng)廢水環(huán)境[13]。

2.2 菌劑代謝特性

2.2.1 功能菌劑代謝能力

對(duì)在營養(yǎng)液中多級(jí)活化強(qiáng)化獲得的菌劑樣品采用Biolog 法進(jìn)行微生物群落的代謝特性及功能多樣性檢測。圖3 為多級(jí)活化強(qiáng)化菌劑96 h 內(nèi)對(duì)6 類碳源代謝變化情況。6 類碳源分別是E-coplate上31 種碳源經(jīng)過分類后的復(fù)合碳源，分別為酯類、糖類、醇類、胺類、酸類及氨基酸類（如圖4 下部所注），可以用來表征微生物群落碳源代謝能力強(qiáng)弱以及針對(duì)各類碳源的代謝能力是否均衡；由圖3 可看出，隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移，菌劑樣品對(duì)各類碳源代謝的AWCD 值逐漸增加且相近?？梢哉f明經(jīng)過活化強(qiáng)化后的菌劑對(duì)類碳源的利用能力均逐漸增加且均衡，活化強(qiáng)化后的菌劑樣品針對(duì)6類碳源均有較高的碳源利用能力。

2.2.2 菌群代謝差異

圖3 菌劑對(duì)6 大類碳源代謝圖Fig. 3 Metabolic maps of bacterial agent to 6 types of carbon sources

圖4 菌劑的代謝功能熱圖Fig. 4 Metabolic function heat map of bacterial agent

分別對(duì)多級(jí)強(qiáng)化活化菌液、投加菌劑強(qiáng)化后的好氧池以及水解酸化池內(nèi)的活性污泥樣品進(jìn)行E-coplate 培養(yǎng)，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得AWCD值，并利用Heml1.0.3.3-Heatmap Illustrator 軟件作圖，得到圖4 菌劑代謝功能熱圖。圖中色塊表征各單元對(duì)31 種碳源的利用程度，圖右側(cè)所示色階由紅變藍(lán)表示AWCD 值由大到小逐漸降低。AWCD值的大小可以用來表征微生物對(duì)碳源的利用能力，表征微生物菌群代謝的功能強(qiáng)弱。馬宏瑞等[14]發(fā)現(xiàn)當(dāng)AWCD 值大于1.5 時(shí)，可以說明微生物能夠很好地利用碳源。由圖4 可知，多級(jí)強(qiáng)化活化后的菌劑AWCD 值除丙酮酸甲酯外均大于1.5，最大可達(dá)到2.44。說明經(jīng)過多級(jí)活化強(qiáng)化后的菌劑微生物群落對(duì)碳源的利用能力好，具有制革污水處理所需的高代謝潛力。結(jié)合結(jié)果2.2.1 可知，該菌劑經(jīng)過多級(jí)強(qiáng)化活化后菌群碳源代謝活性良好且功能均衡。好氧池、水解酸化池內(nèi)的微生物群落代謝活性雖然低于菌劑活化液中微生物代謝活性，但也具有較好的碳代謝能力，有利于廢水處理中碳源的去除，與圖2 中COD 的較高去除率一致。色階中藍(lán)色越深表示菌群碳代謝能力弱、群落衰退程度高，由圖可知在好氧池內(nèi)微生物對(duì)6 類碳源中偏好利用脂類、糖類，利用醇類的菌群衰退嚴(yán)重。這與馬宏瑞等[14]的研究中，各單元單一碳源代謝活性較菌劑呈現(xiàn)差異性衰退，但對(duì)6 類碳源的利用情況均為偏好利用糖類，利用醇類的菌群衰退最嚴(yán)重相一致。

表2 未活化菌劑與不同活化方式下菌劑菌群多樣性指數(shù)的變化Tab. 2 Changes of diversity index of bacterial flora for the non-activated and activated bacterial agents

2.3 菌劑微生物群落結(jié)構(gòu)分析

2.3.1 微生物多樣性分析

菌群經(jīng)過Illumina MiSeq 高通量測序平臺(tái)進(jìn)行基因測序后，共獲得2009 條有效序列，表2 為未活化菌劑與不同活化方式下菌劑菌群的有效序列分布情況。通過檢測樣品Alpha 多樣性來反映物種豐度及物種多樣性。

由表2 可知，將菌劑在不同的方式下進(jìn)行活化對(duì)比菌劑干粉(樣品A1、A2、A3)，菌劑在干粉狀態(tài)下ACE 指數(shù)，Chao1 指數(shù)和Shannon 指數(shù)均為最大。Chao1 和Ace 指數(shù)數(shù)值越大，微生物群落豐富度越高，由此可知干粉自身生物多樣性，生物群落多樣性高[15]。但是在不同方式下活化對(duì)應(yīng)菌劑使用方法，菌劑在營養(yǎng)液中活化后工程應(yīng)用(樣品B1、B2、B3)、在水中活化后工程應(yīng)用(樣品C1、C2、C3)為菌劑多級(jí)活化方式[16]；在活性污泥中活化(樣品D1、D2、D3)對(duì)應(yīng)工程應(yīng)用中的直接投加。相較于三種不同的使用方式，由表2 可知，菌劑在營養(yǎng)液中進(jìn)行多級(jí)強(qiáng)化活化后，ACE 指數(shù)、Chao1 指數(shù)、Simpson 指數(shù)和Shannon 指數(shù)相交于其他兩種活化方式的較高。說明在此條件下活化的菌劑生物群落多樣性高；優(yōu)勢微生物占微生物群落總生物最高[17]，菌劑多級(jí)活化方式有利于提升廢水處理中優(yōu)勢微生物種群占總生物量的比例。另外還統(tǒng)計(jì)了有效序列覆蓋率Coverage，其數(shù)值越高，則樣本中物種被測出的概率越高，而沒有被測出的概率越低[18]。由表可知Coverage 指數(shù)幾乎接近于1，可以說明菌劑樣品的測序結(jié)果可以反映菌劑干粉以及不同活化方式下菌劑的微生物群落的實(shí)際情況，結(jié)果更具有說服力。因此可以證明菌劑在營養(yǎng)液體培養(yǎng)液中進(jìn)行活化有利于菌劑在后續(xù)工程中的應(yīng)用。

2.3.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析

在本階段所選取4 組樣品中，共統(tǒng)計(jì)得到個(gè)十個(gè)主要科類，并包含其他物質(zhì)。圖5 為不同活化方式對(duì)菌劑和投加后處理系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)(科)的影響。其中可明顯觀察到的主要科類為莫拉氏菌科(Moraxellaceae)、芽孢桿菌科(Bacillaceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)、黃色單胞菌科(Xanthomonadaceae)、腸桿菌科(Enterobacteriaceae)、梭 菌 科(Clostridiaceae_1)、腸 球 菌科(Enterococcaceae)、高溫放線菌科(Thermoactinomycetaceae)、第三類芽孢桿菌科(Paenibacillaceae)、柄桿菌科(Caulobacteraceae)。

圖5 不同活化方式對(duì)菌劑和投加后處理系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)(科)的影響Fig.5 Effects of different activation methods on the microbial community structure(Family)in bactericides and post-treatment systems

圖6 微生物群落結(jié)構(gòu)PERMANOVA 分析圖Fig. 6 PERMANOVA analysis of microbial community structure

由圖5 可知，未活化菌劑與不同活化方式下，不同微生物的占比呈現(xiàn)不同的變化情況。由圖可以看出，在營養(yǎng)液多級(jí)強(qiáng)化活化情況下，黃色單胞菌科(Xanthomonadaceae) OTU 數(shù)量可占25.7%，數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于菌劑以及其他活化方式。根據(jù)Han 等人[19]的研究表明，黃色單胞菌科(Xanthomonadaceae)為生物反應(yīng)器中分離出用于制革廢水處理的硝化細(xì)菌，黃色單胞菌科微生物參與硝化反硝化反應(yīng)，并伴有細(xì)胞增殖，可加強(qiáng)污水中脫氮效果，與結(jié)果2.1 中NH3-N 去除率增加的結(jié)果相符合。同時(shí)，伯克氏菌科(Burkholderiaceae)可占22.3%，有研究表明，伯克氏菌科可將氨氮氧化為硝酸鹽[20]。芽孢桿菌科(Bacillaceae)、柄桿菌科(Caulobacteraceae)等，對(duì)比菌劑以及其他活化方式，這兩科的菌群豐度均有一定程度的增長，有研究表明芽孢桿菌菌種對(duì)制革廢水處理具有促進(jìn)作用，可以強(qiáng)化廢水處理有機(jī)污染物的能力[21]。同時(shí)菌劑干粉中的高溫放線菌科(Thermoactinomycetaceae)應(yīng)用于廢水處理中，豐度明顯降低。不利于制革廢水處理的腸球菌科(Enterococcaceae)微生物經(jīng)過營養(yǎng)活化后不再為主要科類，非功能菌群數(shù)量降低甚至消失。可以證明經(jīng)營養(yǎng)活化后的菌劑可以與廢水處理過程中好氧池內(nèi)的土著微生物相適應(yīng)，經(jīng)過活化后功能菌群數(shù)量增加，更有利于污水處理效果的提升。因此可以推測菌劑進(jìn)行多級(jí)活化強(qiáng)化后，菌劑的投加重構(gòu)優(yōu)化了活性污泥的群落代謝能力，更利于廢水處理的應(yīng)用。

2.3.3 微生物群落結(jié)構(gòu)PERMANOVA 分析

PERMANOVA 又稱置換多元方差分析，它們主要是用于分析多維度數(shù)據(jù)組間相似性的統(tǒng)計(jì)方法。依據(jù)距離矩陣對(duì)總方差進(jìn)行分解的非參數(shù)多元方差分析方法。使用PERMANOVA 可分析不同分組因素對(duì)樣品差異的解釋度，并使用置換檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性統(tǒng)計(jì)。在生態(tài)統(tǒng)計(jì)中，可以使用PERMANOVA，查看不同群落組成結(jié)構(gòu)差異是否顯著[22]。對(duì)4 組菌劑樣品進(jìn)行16S 測序樣本（菌劑微生物群落），4 組樣品每組各進(jìn)行3 組平行取樣獲得12 個(gè)樣本。圖6 為基于PERMANOVA 方法的菌劑群落組成結(jié)構(gòu)差異分析。PERMANOVA 分析得到的R 表示不同分組對(duì)樣品差異的解釋度，即分組方差與總方差的比值，R 越大表示分組對(duì)差異的解釋度越高，R 值越接近1 表示組間差異越大于組內(nèi)差異，R 值越小則表示組間和組內(nèi)沒有明顯差異，P 值小于0.05 時(shí)說明檢驗(yàn)的可信度高[23]。從圖6 中可以看出，R 等于0.960，說明菌劑干粉樣品和不同活化后的菌劑組間存在差異且顯著大于組內(nèi)差距，證實(shí)了結(jié)果2.3.2 中菌劑多級(jí)活化強(qiáng)化后的微生物群落結(jié)構(gòu)的顯著改變。不同樣品組間和組內(nèi)的微生物群落結(jié)構(gòu)差異顯著性，菌劑干粉和其他活化后菌劑組間差異大，活化后的菌劑間相對(duì)差異不大。菌劑經(jīng)過多級(jí)活化強(qiáng)化，群落結(jié)構(gòu)的變化影響生物強(qiáng)化效果，可能原因是核心菌群黃色單胞菌科(Xanthomonadaceae) 和伯克氏菌科(Burkholderiaceae)的增加，以及非功能菌群數(shù)量的降低；或者是根據(jù)代謝指紋圖譜看出，菌劑對(duì)活性污泥整體代謝網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)化的結(jié)果。Pvalue 值為0.001，說明檢驗(yàn)的可信度極高。

3 結(jié)論

1）針對(duì)本文所研究的菌劑多級(jí)活化強(qiáng)化投加法，將菌劑投加至好氧池，可提高處理效率并節(jié)約成本，COD、NH3-N 除率較未投加菌劑分別可得到50%、40%的強(qiáng)化；較菌劑直接投加均可得到30%的強(qiáng)化。對(duì)降低處理成本、污泥減量具有指導(dǎo)意義。

2）菌劑經(jīng)過多級(jí)強(qiáng)化活化后菌群碳源代謝活性良好且功能均衡，強(qiáng)化菌劑的添加有對(duì)活性污泥整體代謝網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)化和核心功能種群的穩(wěn)定作用。

3）微生物群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，經(jīng)過菌劑強(qiáng)化應(yīng)用于廢水處理時(shí)，活化過程中添加營養(yǎng)液與其他兩種活化方式相比較，更有利于增加微生物種群的物種多樣性；同時(shí)可以改善活性污泥菌群結(jié)構(gòu)，促進(jìn)污水處理中功能菌的生長。菌劑微生物群落中可強(qiáng)化廢水氨氮的能力的黃色單胞菌科、伯克氏菌科微生物DNA 序列操作分類單元分別可占25.7%和22.3%；非功能菌群數(shù)量逐漸降低。強(qiáng)化活化后的菌劑可以與土著微生物更好適應(yīng)。