论文总字数：22675字

摘 要

本文分别对以添加陶瓷（ABCF）和石墨毡载体（ABGF）的厌氧生物反应器系统里的微生物群落结构进行了研究，以不添加载体的（ABWF）厌氧生物反应器系统作为对照。在处理木薯酒精废水的稳定期（205天）和衰退期（265天）分别对3个厌氧反应器里的活性污泥进行取样（ABWF1，ABCF1，ABGF1，ABWF2，ABCF2，ABGF2）进行高通量测序。实验结果表明：6个样品的所有序列覆盖率都达到98%，多样性指数显示ABCF1，ABCF2分别比ABWF1，ABWF2，ABGF1，ABGF2高，说明了ABCF系统物种最丰富，ABWF系统次之，ABGF系统最低。6个样品在门水平下物种分布图表明最丰富门有厚壁菌门，拟杆菌门和变形菌门等。厚壁菌门在去除有机物方面有突出作用。厚壁菌可以高效降解复杂有机物和乙酸，生成氢和二氧化碳。拟杆菌门在厌氧环境中可以生产多种单糖、糖酸、乙酸和少量的丁酸。6个样品在属水平下表明乳酸菌能释放杀菌剂，可抑制能产生H₂的细菌。脱硫弧菌在厌氧反应器中可以减少硫生成硫化氢。梭状芽胞杆菌可以积累细胞内的大量有机碳，并摄取乙酸。

关键词：厌氧生物反应器 活性污泥 菌群分析

Flora Analysis of Activated Sludge in Cassava Alcohol Wastewater

Abstract

In this paper, the microbial community structure of activated sludge in the immobilized microbial carrier for the anaerobic bioreactor with ceramic and graphite felt as anaerobic bioreactor was studied while the blank anaerobic bioreactor had no carrier as the control. In the stable(the 205^th day) and decline phase(the 265^th day) of alchhol wastewater, take samples(ABWF1, ABCF1, ABGF1, ABWF2, ABCF2, ABGF2) from the 3 anaerobic bioreactors, and then do the HTS. The experimental results showed that the good’s coverage for the all sequences in all six groups was around 98%. From the table, we can see that the data of ABCF1, ABCF2 is higher than the data of ABWF1, ABWF2, ABGF1, ABGF2. It means that system ABCF has the most abundant species, then is the system ABWF, the system has the least species. We found that the most abundant phylum is Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria and Chloroflexi by analyzing the distribution histogram of each sample at phylum level. Phylum Firmicutes has an important role in organism removal. Firmicutes efficiently degraded complex organic materials and acetate into hydrogen and carbon dioxide. Bacteroidetes produces a variety of monosaccharide and disaccharide acids, acetic acid, and a small amount of butyric acid under anaerobic environment. By analyzing the distribution histogram of each sample at genus level, we see that Lactobacillus can release of bactericides, inhibiting the bacteria that produce H_{2 .} Desulfovibrio can reduce sulfate to hydrogen sulfide in the anaerobic system. Clostridium can accumulate large amounts of organic carbon intracellularly and uptaking acetate .

Key words: anaerobic bioreactor; activated sludge; flora analysis

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文 献 综 述 1

1.1 环境问题及当前现状 1

1.2 厌氧降解 1

1.3 高通量测序 2

1.4 实验目的和意义 6

第二章 实验器材和方法 7

2.1 实验仪器及试剂 7

2.2 实验方法 7

2.2.1 在不同时期进行取样 8

2.2.2 提取基因组 8

2.2.3 PCR扩增 8

2.2.4 PCR产物纯化 9

2.2.5定量混合并测序 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 样品的稀释曲线分析 10

3.2 样品的多样性指数分析 11

3.3 样品的聚类分析 12

3.4 样品在门水平上的细菌群落结构分析 13

3.5 样品在属水平上的细菌群落结构分析 15

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 文 献 综 述

1.1 环境问题及当前现状

目前我国主要把稻谷、小麦、玉米等粮食作物用做酒精发酵的原料^[1]，但其价格均偏高。而我在国的广西，因地处热带与亚热带，盛产木薯^[2]。木薯又因其淀粉含量高，耐贫瘠、耐干旱^[3]、易种植、投资成本低，价格便宜，所以慢慢便成为了生产生物酒精的首选原料^[4]。九十年代，中国就已经开始使用木薯作为原料来生产酒精，这几年木薯酒精更是成为主流。国内酒精工业大多采用薯类作为其发酵原料，投入的原料有薯类（木薯、红薯）、酵母、酶等，主要产品为酒精，副产品为二氧化碳等。

木薯酒精在各个行业，如医学制药、化学工业、食品加工等行业得到了广泛的使用，且由于木薯酒精是可再生能源，具有很大的潜力^[1]。木薯酒精废水主要来自其设备蒸馏塔底排放的酒糟，薯类原料经发酵后，大部分的淀粉被吸收利用，剩下的酒精糟中的主要成分为纤维素和半纤维素，这两种物质由于相对分子量较大，水解不易。木薯酒精废水化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)较高，且溶液偏酸^[3]，难以处理。我国目前木薯酒精废水的处理技术常借鉴玉米、小麦等酒精废液的处理工艺，但是处理效果并不理想，往往不能达到要求。

1.2 厌氧降解

厌氧发酵技术是一种利用高浓度酒精废水生产制造清洁沼气的技术，然而其有机物转化效率低、产气速率低的特点成为了制约酒精废水厌氧生产沼气技术发展的关键因素，因此我们迫切需要研究用以提高酒精废水厌氧生产沼气效率的方法。沼气发酵比较复杂，主要有如下四个阶段：

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