基于MBR的污水处理厂细菌群落结构与功能分析：中国海拔梯度下的生态适应机制

本研究系统分析了中国70-3650米海拔梯度下膜生物反应器（MBR）污水处理厂的运行特性，通过研究胞外聚合物（EPS）、群体感应信号分子（AHLs）、细菌群落结构及代谢通路，揭示了低海拔系统具有更活跃的细菌代谢功能，而高海拔系统通过增强模块化结构和功能基因丰度（如碳代谢基因3.6×10?4-4.9×10?4）实现环境适应，为极端环境污水处理工艺优化提供理论依据。

　　

样品采集与处理

本研究选取中国境内5座采用MBR技术的市政污水处理厂，沿70米至3650米的海拔梯度分布。这些污水处理厂分别命名为LS（3650米）、QS（3568米）、KM（1883.5米）、ZD（79.9米）和BJ（70米）。所有样品均通过0.22微米滤膜进行过滤处理，随后保存于-80°C超低温冰箱中，以备后续的DNA提取和高通量测序分析。

不同海拔污水处理厂的水质特性

不同海拔污水处理厂的进出水理化性质如表1所示。与高海拔污水处理厂相比，低海拔污水处理厂（特别是ZD和BJ）的进水污染物浓度更高，尤其是化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH₄⁺-N）和总氮（TN）。各污水处理厂的进水pH值相对稳定，介于7.09至7.6之间，为生物处理提供了稳定的环境。此外，污染物去除效率几乎不受海拔变化的影响，所有污水处理厂均展现出稳定的运行性能。

结论

低海拔MBR系统（ZD和BJ）虽然承受更高的进水污染物负荷，但对COD（95.8%–96.0%）、TN（82%–89%）和TP（98%–99%）的去除效率显著高于高海拔系统。所有MBR系统的细菌群落均以变形菌门（Pseudomonadota）、放线菌门（Actinomycetota）和拟杆菌门（Bacteroidota）为主，而高海拔系统中富集了硝化螺旋菌属（Nitrospira）和厌氧绳菌属（Anaerolinea）等功能菌属，表明微生物通过群落结构调整适应低温和低氧环境。主坐标分析进一步证实海拔是驱动细菌群落结构分异的关键环境因子。