目前,我国水体污染状况十分严峻。随着城市化的快速发展,大量的城市河流被污染,变成了黑臭河流。城市黑臭水日益严重,造成水生生物存活率下降、河流生态系统结构和功能严重恶化,更直接危害人类的健康。因此,大量的黑臭水如何快速有效的处理已成为亟待解决的问题。本文以重度黑臭水(劣V类水)为研究对象,分别采用曝气、菌剂+曝气、生物促生剂+曝气、菌剂+生物促生剂+曝气四种处理方式对黑臭水的净化效果和微生物群落结构的组成及差异进行研究。此外,针对微生物法净化黑臭水过程中普遍存在有机物净化效果尚不理想的情况,采用三维荧光光谱法对各处理方式进出水中溶解性有机物(DOM)的荧光性质进行测定和分析。以期解析微生物群落结构的变化与黑臭水净化效果之间的关系,阐明不同生物处理方式对黑臭水中DOM特征变化的影响。为后期研究中通过各种实验条件(如溶解氧,pH,温度,营养物质,操作条件和停留时间等)的优化,从而选择高效的优势或功能微生物,在特定条件下实现微生物处理废水的高效性能,为黑臭水的进一步高效治理提供理论和实验依据。实验结果如下:(1)四种处理方式对黑臭水均有不同程度的净化作用,去除效率从强到弱依次为:菌剂+生物促生剂+曝气>生物促生剂+曝气>菌剂+曝气>曝气。菌剂+生物促生剂+曝气净化指标为6d内,NH3-N、TP、COD的去除率分别为98.21%、96.66%、75.60%。其中,NH3-N达到地表水质V类水标准,TP达到地表水质Ⅲ类水标准,水体溶解氧和透明度均得到大幅度提升。(2)细菌:高通量测序发现,曝气、投加菌剂和生物促生剂可使黑臭水中的微生物围绕脱氮除磷和降解有机物的功能而被选择,即优势(或功能)微生物具有群聚集性。四种不同处理方式下净化黑臭水的微生物群落结构发生了规律性的变化。与空白对照组比较,曝气组的微生物优势种群大多为好氧菌群;与曝气组比较,菌剂+曝气组的微生物优势种群除了有好氧菌群外还出现了兼性厌氧菌群;促生剂+曝气组的微生物优势种群与前两种处理比较除了有好氧菌群外,还出现了厌氧菌群;菌剂+促生剂+曝气联合作用下,微生物优势种群与前三种单独处理比较除了有好氧菌群外,也出现了兼性厌氧菌群和厌氧菌群,且一些相同功能菌群或优势种群的相对丰度及多样性均有较大幅度的提高。本研究的好氧优势菌群里有自养反硝化和多种好氧反硝化菌功能菌,兼性厌氧及厌氧优势菌群里也有多种厌氧反硝化功能菌。随着兼性厌氧及厌氧优势菌群的出现,NH3-N、COD的去除效率随之提高。(3)真菌:黑臭水土著微生物是各处理组优势真菌的主要来源。不同处理组中真菌群落多样性和丰富度差异显著,NH3-N去除效率与真菌群落多样性和丰富度之间没有显著相关性(P>0.05),TP和COD去除效率与真菌群落多样性和丰富度之间呈现出显著负相关性(P<0.05)。门水平上,各实验组真菌主要为子囊菌门(Ascomycota)、接合菌门(Zygomycota)、罗兹菌门(Rozellomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。属水平上,发现优势真菌群落在不同处理方式中具有高度动态性,最具优势的菌属是子囊菌门(Ascomycota)中的念珠菌属(Candida),其在投加菌剂后的实验组中相对丰度较高,这可能与酵母菌是菌剂中重要组成部分有关,而促生剂可以促进念珠菌属(Candida)的生长。说明废水处理可以通过处理操作特性的差异,重组活性污泥微生物群落组成。(4)光谱特征:在不同处理方式进出水中共解析出5种不同组分,分别为溶解性微生物代谢物C1;腐殖酸类腐殖质C2;酪氨酸类蛋白质C3;色氨酸类蛋白质C4;富里酸类腐殖质C5。不同处理方式下进出水DOM的不同组分荧光峰强度变化存在较明显的差异,经过菌剂和生物促生剂联合处理之后,对类腐殖质等难降解物质削减程度最高,C1、C2、C3、C4和C5组分分别削减了3.77%、17.15%、85.73%、2.77%和62.81%。FI、HIX和BIX指数分析表明各处理组水样中的DOM整体处于较强的自生源特征。利用主成分分析法(PCA)对影响黑臭水DOM的主要因素及其贡献量研究发现,第一主成分中,NH3-N、TP、COD的去除与C3、C5有关,C4与亚硝态氮和硝态氮成正相关性,第一主成分表现为陆源类腐殖质和生物源类腐殖质共存的现象,对黑臭水中的DOM的贡献率为54.98%。在第二主成分中,C1与C3和C4具有同源性,C2与C4具有同源性,C3与C5具有同源性,第二主成分反映了以微生物代谢过程为代表的内源污染,对黑臭水中的DOM的贡献率为26.56%。