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分散式城市污水处理设施作为常规集中式城市污水处理设施的一种有益补充，近年来受到国内外学者的广泛关注。德国分散式污水处理设施示范工程(DEUS21)作为当今世界上少数实际运行的分散式污水处理系统，也受到各方的极大关注，但对于其中的微生物生态学研究还处于空白。 本研究利用第二代高通量测序技术，通过16S RNA tagsequencing和宏基因组测序对厌氧膜生物反应器中微生物多样性和功能进行了研究。结果表明，污泥厌氧消化反应器(PSD)内微生物丰富度略高于污水厌氧膜反应器(AnMBR)，而AnMBR反应器的微生物多样性略高于PSD反应器。在细菌域，AnMBR中最占优势的为变形菌门（Proteobacteria，33.2％），其他占优势的门依次为互营菌门（Synergistetes，24.0％）、厚壁菌门（Firmicutes，16.2％）、拟杆菌门（Bacteroidetes，4.6％）;PSD中最占优势的也是变形菌门(Proteobacteria，27.1％)，其他占优势的门依次为互营菌门厚壁菌门（Firmicutes，11.4％）、（Synergistetes，11.2％）、拟杆菌门（Bacteroidetes，10.9％）。在古菌域，AnMBR和PSD中最占优势的均为广古菌门（Euryarchaeota）分别为0.6％和13.7％;其中AnMBR和PSD中晟占优势的属均为产甲烷细菌属（Methanobacterium），分别为0.5％和12.9％。 本研究还利用宏基因组测序技术，从分子水平揭示德国分散式污水处理系统厌氧膜生物反应器中产甲烷过程，构建了产甲烷通路，研究了此过程中相关反应产物与关键的酶，研究了与产甲烷相关的微生物及作用机理。研究结果表明，嗜氢产甲烷古菌甲烷杆菌属（Methanobacterium sp.），嗜乙酸产甲烷古菌甲烷丝菌属(Methanosaeta concilii)在2种产甲烷代谢通路中扮演了极为重要的作用，还原CO2产生甲烷的代谢方式是产甲烷的主导方式。其他一些发酵细菌在有机物的降解、产酸过程中具有重要作用，例如梭菌属（Clostridium）、互养菌属（Synergistes）、脱硫弧菌（Desulfovibrio desulfuricans）等。 第二代高通量测序技术使我们可以更深入了解德国分散式污水处理系统厌氧膜生物反应器中的微生物多样性及功能。对于这种先进的污水及餐厨垃圾处理方式有了本质上的认识，对于今后反应器设计、系统管理调控优化、降低建设及运行成本、产业化提供了相关的理论依据。