不同原料配比产气效果及沼液中产甲烷菌群落结构研究

【摘要】：沼气技术是对生物质能源的利用的重要技术之一。在发酵过程中,不同的环境条件、不同的原料以及配比都会影响整体的发酵产气效果。而对甘肃地区沼气厌氧发酵的研究还几乎是一片空白,本研究以甘肃农村的实际环境条件和原料可利用条件出发,研究了四种不同原料在不同温度下的厌氧发酵产气效果,以及厌氧发酵过程中产甲烷菌的群落结构多样性。 本文在35℃、25℃和15℃三个温度梯度下使用猪粪、牛粪、小麦秸秆、玉米秸秆不同原料的不同配比,从日产气量、累积产气量、总产气量和甲烷总产量几个指标衡量厌氧发酵产气效果,同时使用分离培养的手段对甘肃临夏沼气池的沼液进行产甲烷菌的群落结构多样性分析。得到了以下主要结论： 1.温度对沼气厌氧发酵有很大的影响,随着温度的降低,产气效果明显下降。35℃的发酵条件利于厌氧发酵的过程。原料对沼气厌氧发酵也有影响,猪粪的产气效果都要比牛粪要好,玉米秸秆的产气效果要略优于小麦秸秆。不同的原料配比也对厌氧发酵有影响。在35℃下猪粪与玉米秸秆2：1的配比、猪粪与小麦秸秆3：1的配比和猪粪与玉米秸秆3：1的配比这三种不同原料的配比有着较高的总产气量和甲烷总产气量。不同的原料有不同的最优配比。 2.在15℃的温度条件下,厌氧发酵产气过程呈现出了与35℃和25℃不同的产气特点。整个厌氧发酵过程中没有产气高峰的出现,日产气量都低于500mL/d,与35℃和25℃相比,原料的最优配比也发生了变化。而最优配比的改变可能与温度有关系,当发酵温度变为15℃时,相对于原料配比,温度对厌氧发酵过程的影响更大。首先,温度影响了嗜温微生物的生长,从而使得这类的微生物不能很好的利用发酵原料；此外,嗜冷微生物与嗜温微生物对发酵原料的利用可能并不相同,利于嗜温微生物发酵产气的原料比例,可能并不适合嗜冷微生物。 3.对甘肃临夏沼气池沼液中的产甲烷菌进行分离培养,共得到42株产甲烷菌,其中有21株菌株与Me thanosarc ina mazei相似性最高,其同源性为99%；12株(Group GLZ-1)与未培养古菌Clone K09237(序列号为AB541731)的相似性最高,其同源性为99%；8株(Group GLZ-2)与未培养古菌Clone K09231(序列号为AB541725)的相似性最高,其同源性为99%；1株与未培养古菌CloneT19(序列号为EU662692)的相似性最高,其同源性为94%。通过分离培养的方法对沼气池中产甲烷菌多样性的研究的结果表明,沼气池中产甲烷菌的群落结构丰富性较低,主要优势菌群为Methanosarcina mazei(占总数的50%)、GroupGLZ-1(占总数的29%)和Group GLZ-2(占总数的]9%)。此次研究发现了两个新的优势菌群Group GLZ-1和Group GLZ-2,新的优势菌群的发现是与地域环境以及发酵底物的特点相关的,对这两个菌群的进一步研究会得到这两个菌群在沼气发酵中所发挥的作用,为进一步在沼气的生产实践中得到应用奠定基础。 综上所述,温度、原料及其配比是提高厌氧发酵产气效果的重要因素,尤其是温度条件是影响甘肃地区沼气厌氧发酵的主要因素,从微生物的角度解决低温对沼气厌氧发酵过程的限制是一种有效的途径。此外,在不同的地域环境以及发酵底物中,产甲烷菌的优势菌群也会存在不同,甘肃地区沼气池中的产甲烷菌多样性有其地域性特点,新的菌群的发现对于产甲烷菌在沼气厌氧发酵过程中的应用有重要意义。 【关键词】：产气效果 产甲烷菌多样性
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究目的和意义11-13
• 1.2.1 沼气发酵技术对农村经济、环境、能源等方面有重要作用11-12
• 1.2.2 沼气发酵过程中产甲烷菌的功能和作用12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 国内外沼气发酵技术研究进展13-15
• 1.3.2 不同环境中产甲烷菌多样性研究进展15-17
• 第二章 不同原料和配比发酵产气效果研究17-38
• 2.1 材料和方法17-19
• 2.1.1 发酵原料17
• 2.1.2 试验装置17
• 2.1.3 原料的预处理17
• 2.1.4 混合原料配制17-18
• 2.1.5 测定项目及方法18-19
• 2.2 结果19-35
• 2.2.1 不同原料配比发酵产气效果比较19-34
• 2.2.2 不同原料配比总产气量和甲烷总产量差异显著性分析34-35
• 2.3 讨论35-38
• 第三章 沼气发酵环境可培养产甲烷菌多样性研究38-47
• 3.1 材料和方法38-39
• 3.1.1 样品采集38
• 3.1.2 样品中产甲烷古菌的富集培养38
• 3.1.3 分离纯化38
• 3.1.4 纯度鉴定38
• 3.1.5 16S rDNA序列基因序列的扩增、测序与系统多样性分析38-39
• 3.2 结果39-43
• 3.2.1 产甲烷菌的富集与分离39-40
• 3.2.2 产甲烷菌16S rDNA序列测定40-41
• 3.2.3 产甲烷菌多样性分析41-43
• 3.3 讨论43-47
• 第四章 结论47-50
• 4.1 主要结论47-48
• 4.2 展望48-50
• 参考文献50-55
• 在读期间的研究成果55-56
• 致谢56

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