摘要
高海拔寒旱地区由于温度低、空气中含氧量低、气压低和干旱等气候特点，在该地区的污水处理厂很难保持良好的污染物去除性能。本文针对高海拔寒旱地区污水处理厂的污水处理性能差这一热点问题，以兰州市的3个常规工艺的污水处理厂（A2/O、CASS和氧化沟工艺）作为高海拔组，烟台市的1个污水处理厂（A2/O工艺）和青岛市的2个污水处理厂（CASS和氧化沟工艺）作为平原组，在对比研究高海拔寒旱地区和平原地区的污水处理厂污染物去除性能的基础上，进一步对比研究了活性污泥中的微生物群落组成以及抗生素抗性基因（ARGs）的分布规律差异。旨在为高海拔寒旱地区的污水处理厂污水处理性能不佳的问题提供解释，并指导制定适当的策略，以在寒冷的季节有效运行高海拔寒旱地区的污水处理厂。 高海拔寒旱地区和平原地区的污水处理厂处理性能的比较，研究表明高海拔寒旱地区和平原地区的污水处理厂均有良好的脱氮除磷性能。但是，与平原组相比，高海拔组的污水处理厂的氨氮和总磷去除率（90.2%-95.5%，95.1%-98.5%）略低于平原组（98.5%-99.8%，97.6%-99.8%）；高海拔组的污水处理厂对总氮的去除率（平均69.0%）显著低于平原组（平均84.5%），说明高海拔、寒冷和干旱的条件会使污水处理厂的脱氮除磷性能略微下降，同时，也会使污水处理厂的有机物去除性能下降，高海拔组的污水处理厂的COD（ChemicalOxygenDemand，化学需氧量）的去除率（平均66.4%）低于平原组（平均78.8%）。 基于16SrRNA高通量测序技术对高海拔寒旱地区和平原地区的污水处理系统活性污泥中的微生物群落结构进行比较，研究表明高海拔组的物种丰富度和多样性均小于平原组。结合污染物的去除性能，表明高海拔组的污水处理厂中有机物和营养物的平均去除效率相对于平原组较低可能是由于高海拔寒旱地区污水处理厂的活性污泥中的微生物多样性和丰富度低导致的。高海拔组和平原组污水处理系统的活性污泥中的主导门有Proteobacteria、Bacteroidetes、Planctomycetes和Chloroflexi。同时，Bacteroidetes、Chloroflexi、Firmicutes和Cyanobacteria门在高海拔组的相对丰度比平原组高，表明在高海拔组的污水处理厂中某些微生物的表型可能已经发生突变，使其可以抵抗恶劣的环境条件；对于纲水平物种，Gammaproteobacteria是6个污泥样本中最主导的纲；属水平物种的聚类热图分析表明高海拔组的污水处理厂与平原组的污水处理厂之间的群落差异很大，并且在同一组中的污水处理厂之间最为相关。优势微生物种群关联网络图（Spearman’ρgt;0.75，αlt;0.05）表明NH4+-N，COD，温度，TP和TN等环境变量对大多数微生物群落具有协同作用。相反，海拔高度对大多数微生物群落和其他环境变量具有负影响。此外，较低的废水浓度和较高的海拔高度将在一定程度上降低污水处理厂中微生物群落的复杂性。LEfSe分析表明大多数细菌在平原组样品中显着富集。对活性污泥中的功能微生物进行分析得出好氧异养细菌（HET）、硝化菌（AOB和NOB）、反硝化菌（NAR和NIR）和聚糖菌（GAO）在高海拔组的相对丰度低于平原组。然而，对于聚磷菌（PAO），高海拔寒旱地区的条件更有利于PAO的生长。基于KEGG途径数据库，高海拔组的氨基酸代谢和碳水化合物代谢以及能量代谢和膜转运低于平原组。 基于高通量qPCR技术和16SrRNA基因的绝对定量技术对高海拔寒旱地区和平原地区污水处理系统的进水、活性污泥以及出水中的ARGs变化规律进行比较，研究表明高海拔组和平原组污水处理厂在检测出的ARGs种类组成上具有相似性。然而，高海拔组的3个污水处理厂中检测出的ARGs种类数显然低于平原组，这说明高海拔寒旱地区的污水处理厂ARGs污染程度相对较低。6个污水处理厂中检测出的ARGs的最主要抗性机制是抗生素失活。PCA主成分分析表明，相同的处理过程和相同的地域分别都具有相似的ARGs分布特征。污水处理过程显著减少了ARGs的多样性。对于ARGs的绝对丰度，平原组可以去除更多的ARGs；对于ARGs的相对丰度，6个污水处理厂都能显著减少ARGs的相对丰度。同时，结果表明MGE（整合子等移动遗传元件）与ARGs之间存在协同关系。平原组的活性污泥和出水中富集了更多的ARGs且富集倍数较高。门水平关联网络分析表明，Dncccs.Thr、Euryarchat和Thaumarcht这三种细菌门可能是ARGs的宿主；属水平关联网络分析表明Actnbctr.Ct、Dncccs.T.D、Actnbctr.Mc和Dncccs.Thrms.Th可能是ARGs的宿主。
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