活性污泥法是目前應(yīng)用最廣泛的污水生物處理技術(shù)，主要依靠活性污泥中微生物將污水中的污染物降解，達(dá)到凈化污水的目的?；钚晕勰嗟木航Y(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)污染物的去除和污水廠穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。
近年來，高通量測序技術(shù)得到快速發(fā)展，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于城市污水廠活性污泥中菌群結(jié)構(gòu)的研究，并在非干旱寒冷地區(qū)活性污泥菌群結(jié)構(gòu)中取得了大量的研究成果。但對干旱寒冷地區(qū)活性污泥菌群結(jié)構(gòu)的研究報(bào)道比較少。為了探討新疆干旱寒冷地區(qū)城市污水廠活性污泥的菌群結(jié)構(gòu)特征，采用高通量測序技術(shù)對北疆5座城市污水廠活性污泥進(jìn)行菌群分析。結(jié)果表明：5座污水廠基本可以達(dá)到各自的設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)，其中3座污水廠運(yùn)行中出現(xiàn)了污泥絲狀膨脹。變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和綠彎菌門（Chloroflexi）是活性污泥的優(yōu)勢細(xì)菌門，相對豐度分別為30.65%~43.12%、21.15%~33.64%和5.02%~14.36%。放線菌門（Actinobacteria）在沉降性能良好的污泥中相對豐度為2.97%~6.17%，而在絲狀膨脹污泥中相對豐度達(dá)到11.69%~15.64%。季節(jié)性膨脹污泥中微絲菌屬（Microthrix）和黃桿菌屬（Flavobacterium）相對豐度呈現(xiàn)出季節(jié)性變化，常年膨脹的污泥中腐螺旋菌屬（Saprospiraceae_norank）為優(yōu)勢細(xì)菌屬，相對豐度達(dá)到17.48%~18.30%。子囊菌門（Ascomycota）是絲狀污泥膨脹中的優(yōu)勢真菌門，相對豐度達(dá)到56.60%~72.68%。研究結(jié)果可對干旱寒冷地區(qū)污水廠運(yùn)行調(diào)控提供參考。活性污泥樣品分別取自阿勒泰市某污水廠（ALT）、克拉瑪依市某污水廠（KLMY）、石河子市某污水廠（SHZ）、昌吉市某污水廠（CJ）和烏魯木齊市某污水廠（WLMQ）。5座污水廠的進(jìn)、出水水質(zhì)情況如表1?？芍?，5座污水廠的進(jìn)水水質(zhì)中污染物濃度高于山東、廣東等城市污水廠的平均進(jìn)水水質(zhì)。
細(xì)菌是活性污泥凈化污水的主要承擔(dān)者。32個(gè)污泥樣品的細(xì)菌群落多樣性如表2所示。
Venn圖能用來統(tǒng)計(jì)污水廠中共有的和獨(dú)有的OTU數(shù)目，較為直觀的反應(yīng)出活性污泥樣品的OTU數(shù)目組成相似性及重疊情況。32個(gè)活性污泥樣品在OTU水平上的韋恩圖如圖1所示。
活性污泥細(xì)菌測序共獲得43個(gè)細(xì)菌門。對相對豐度從大到小排序前10的細(xì)菌門進(jìn)行分析, 如圖2所示，相對豐度之和占細(xì)菌群落總豐度的96.21%~98.80%。變形菌門（Proteobacteria）的相對豐度為30.65%~43.12%，是活性污泥中相對豐度最高的細(xì)菌門。其次為擬桿菌門（Bacteroidetes）、綠彎菌門（Chloroflexi）、放線菌門（Actinobacteria），厚壁菌門（Firmicutes）和浮霉菌門（Planctomycetes）。與廣州、浙江等非干旱寒冷地區(qū)的污水廠活性污泥的主要優(yōu)勢細(xì)菌門種類基本一致。研究表明放線菌門（Actinobacteria）相對豐度較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致污泥膨脹。
活性污泥細(xì)菌測序共檢測出838個(gè)細(xì)菌屬。對相對豐度從大到小排序前50的細(xì)菌屬進(jìn)行分析，如圖3所示，相對豐度之和占細(xì)菌群落總豐度的58.94%~68.44%。腐螺旋菌屬（Saprospiraceae_norank）、叢毛單胞菌屬（Comamonadaceae_unclassified）、微絲菌屬（Microthrix）、黃桿菌屬（Flavobacterium）和厭氧繩菌屬（Anaerolineaceae_norank）是污泥樣品中的優(yōu)勢細(xì)菌屬。研究發(fā)現(xiàn)，腐螺旋菌屬（Saprospiraceae_norank）是活性污泥中一種較為常見的細(xì)菌屬，在水溫較低時(shí)大量增殖，能夠?qū)е挛勰嗯蛎?。微絲菌屬（Microthrix）和黃桿菌屬（Flavobacterium）均為易引起污泥膨脹最常見的絲狀菌。季節(jié)性絲狀污泥膨脹WLMQ活性污泥中，微絲菌屬（Microthrix）和黃桿菌屬（Flavobacterium）相對豐度出現(xiàn)季節(jié)性變化。厭氧繩菌屬（Anaerolineaceae_norank）有利于提高污泥沉降性能。據(jù)報(bào)道Dechloromonas動(dòng)膠菌屬（Zoogloea）、Turneriella、Prosthecobacter、Nannocystis等為廣州、浙江等城市的污水處理廠活性污泥中的優(yōu)勢細(xì)菌屬，與干旱寒冷地區(qū)污水廠活性污泥的優(yōu)勢細(xì)菌屬種類不同。
真菌在污水處理系統(tǒng)中能夠降解多種化合物和有毒物質(zhì)，在污水生物處理中起著至關(guān)重要的作用。對出現(xiàn)絲狀污泥膨脹的3座污水廠12個(gè)污泥樣品進(jìn)行了真菌測序，測序結(jié)果如表3所示。
活性污泥樣品中共檢測出38個(gè)真菌門，如圖4所示，其相對豐度之和占活性污泥真菌群落總豐度的99.76%~99.87%。子囊菌門（Ascomycota）的是活性污泥中相對豐度最高的真菌門，相對豐度達(dá)到56.60%~72.68%。其次為擔(dān)子菌門（Basidiomycota）。目前對于污水廠膨脹污泥中真菌群落研究比較少，已報(bào)道的多為沉降性能正?；钚晕勰嘀姓婢郝溲芯?。研究發(fā)現(xiàn)，子囊菌門（Ascomycota）和擔(dān)子菌門（Basidiomycota）也是非干旱寒冷地區(qū)沉降性能良好污水廠的污泥中優(yōu)勢真菌門，且子囊菌門（Ascomycota）是活性污泥中絕對優(yōu)勢真菌門。
污泥樣品共得到122個(gè)真菌屬，對相對豐度從大到小排序前10的真菌屬進(jìn)行分析，如圖5所示，相對豐度之和占活性污泥真菌群落總豐度的75.03%~90.46%。子囊菌屬（Ascomycota_norank）、絲孢菌屬（Trichosporon）、酵母菌屬（Saccharomycetales_unclassified）、耐堿酵母菌（Galactomyces）、德巴利氏酵母菌屬（Debaryomyces）和發(fā)菌屬（Trichocomaceae_unclassified）是活性污泥中的優(yōu)勢真菌屬。有研究表明，絲孢菌屬（Trichosporon）過多不利于污泥沉降。據(jù)報(bào)道青霉菌（Penicillium）、隱球菌屬（Cryptococcus）、念珠菌屬（Candida）、紅酵母屬（Rhodotorula）等為上海、山西、青海等城市的沉降性能正常污水處理廠活性污泥中的優(yōu)勢真菌屬，與干旱寒冷地區(qū)膨脹污泥優(yōu)勢真菌屬種類不同。
1）5座污水處理廠基本可以達(dá)到各自的設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)，其中3座污水處理廠運(yùn)行中出現(xiàn)了污泥絲狀膨脹。
2）變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和綠彎菌門（Chloroflexi）是活性污泥的優(yōu)勢細(xì)菌門，放線菌門（Actinobacteria）在沉降性能良好的污泥中相對豐度為2.97%~6.17%，在絲狀污泥膨脹中相對豐度達(dá)到11.69%~15.64%。季節(jié)性膨脹污泥中微絲菌（Microthrix）和黃桿菌（Flavobacterium）相對豐度呈現(xiàn)出季節(jié)性變化，常年膨脹的污泥中腐螺旋菌屬（Saprospiraceae_norank）為優(yōu)勢細(xì)菌屬，相對豐度達(dá)到17.48%~18.30%。
3）絲狀膨脹污泥中子囊菌門（Ascomycota）是優(yōu)勢真菌門，相對豐度為56.60%~72.68%。子囊菌屬（Ascomycota_norank）和絲孢菌屬（Trichosporon）是優(yōu)勢真菌屬，相對豐度為8.85%~35.74%和13.38%~20.15%。
