产纤维素酶复合菌在秸秆沼气厌氧发酵应用中的研究

【摘要】：沼气是一种洁净的生物质能源,是微生物在厌氧条件下将农作物或禽畜粪便中的有机质转化为甲烷气体。农作物秸秆中含有大量的有机物质,通过干发酵工艺不但可以减少焚烧带来的污染,更可以作为固体有机物得到有效利用,这样不但可以减少固体废弃物焚烧或丢弃带来的环境污染,又可解决当今所面临的能源危机。由于秸秆中的纤维素类物质不易被直接微生物利用,限制了发酵速率和甲烷产气率,所以发酵前需对秸秆进行预处理以促进水解过程。通过使用复合菌群预处理秸秆可完善纤维素酶体系,起到促进水解的目的。 本文中以公主岭市农村秸秆为原料,通过以秸秆纤维素为唯一碳源的培养基,自秸秆腐熟物中驯化选育得来一组产纤维素酶复合菌群,测定此菌群的产酶能力,经过18代传代培养得到一组对秸秆纤维素分解能力较强的复合菌群,该复合菌群酶解纤维素可达1092U/g干曲,在pH6-7的范围内均能良好产酶。 使用固态发酵培养基研究该复合菌群的产酶条件,通过实验得出其最佳产酶条件为：固态曲的接种量为0.5%,培养温度30℃,初始pH为6.5,作用时间60h,最适宜氮源为尿素。 实验室自行研制一个压力式小型模拟发酵罐,使用预处理后的秸秆进行发酵产沼气实验,并通过正交试验优化预处理最佳条件为初始pH6.5,菌剂接种量0.2%,温度35℃,处理时间72h,测得此时产气量最大,为0.8m3,其中预处理菌种接种量,处理时间和温度是主要影响因子。 使用该复合菌以及驯化的活性污泥在实验室自行设计的厌氧发酵罐中扩大生产沼气,通过对碳氮比,接种量,温度,pH,接种时间,有机负荷等的研究,最后取温度,有机负荷率,接种量和接种时间为正交试验影响因素,进行正交试验,并通过效应图得出结论：发酵过程中温度的变化对产气量的影响是随着温度的的增加呈上升趋势的,在温度为40℃时,产气量最高；同样,接种时间对秸秆干发酵产气量的影响也是随着温度的升高逐渐升高；而接种量和处理时间超过某一范围则会成下降趋势。所以温度为40℃,有机负荷率为45g/L,接种量为35%,接种时间为48h后产气量达到169.5L 过使用PBA培养基和刚果红鉴别培养基对该复合菌群的菌种组成及其相互关系进行初步研究,,从复合菌群中分离出5株菌,说明该复合菌群中至少有5种可培养菌种,其中有2、3、4号菌株具有产纤维素酶的能力,2号与4号菌间存在协同作用,他们都与3号菌间存在竞争作用。 使用固态培养基将复合菌群进行传代培养,得知该复合菌在连续培养15代时菌种组成及纤维素酶活均能保持一定的稳定性；将该复合菌群置于自然环境中,产酶能力并未产生明显变化。 【关键词】：纤维素 复合菌群 秸秆 沼气
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 文献综述11-22
• 1.1 木质纤维素资源及其利用11-14
• 1.1.1 纤维素类资源和利用现状11
• 1.1.2 纤维素类原料生物质预处理11-14
• 1.2 产纤维素酶的菌种及纤维素酶应用14-17
• 1.2.1 纤维素酶的来源及组成14
• 1.2.2 纤维素酶的作用机制14
• 1.2.3 纤维素酶生产工艺14-15
• 1.2.4 纤维素酶应用15-17
• 1.3 产纤维素酶微生物17-18
• 1.3.1 产纤维素酶微生物种类17
• 1.3.2 纤维素降解菌混合培养原理17-18
• 1.3.3 混合培养对发酵产物的影响18
• 1.3.4 分解纤维素的复合菌群18
• 1.4 秸秆类沼气发酵研究现状18-20
• 1.4.1 沼气工程现状18-19
• 1.4.2 厌氧干发酵技术机制19
• 1.4.3 两相厌氧发酵19-20
• 1.5 本课题研究的主要内容20-22
• 1.5.1 选题依据和研究意义20-21
• 1.5.2 课题研究内容21-22
• 第二章 纤维素分解复合菌群的筛选驯化22-27
• 2.1 材料与方法22-24
• 2.1.1 实验材料22
• 2.1.2 培养基22
• 2.1.3 仪器和设备22-23
• 2.1.4 实验方法23-24
• 2.2 结果与分析24-26
• 2.2.1 复合菌群在选育驯化过程中羧甲基纤维素酶活趋势24-25
• 2.2.2 复合菌群在选育驯化过程中pH变化25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 复合菌群的菌种组成及其稳定性27-34
• 3.1 材料与方法27-28
• 3.1.1 实验材料27
• 3.1.2 主要仪器27
• 3.1.3 实验方法27-28
• 3.2 结果与分析28-33
• 3.2.1 复合菌群菌种中菌种分离纯化28-30
• 3.2.2 各菌株利用纤维素特性30
• 3.2.3 产纤维素酶菌间混合培养对纤维素利用的影响30-31
• 3.2.4 连续传代培养对复合菌群稳定性的影响31-32
• 3.2.5 连续传代培养对复合菌群产酶能力的影响32
• 3.2.6 环境因素对复合菌群的影响32-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 纤维素分解复合菌群处理秸秆发酵特性研究34-44
• 4.1 材料与方法34-37
• 4.1.1 实验材料34
• 4.1.2 培养基34
• 4.1.3 主要试剂34
• 4.1.4 实验仪器34-35
• 4.1.5 试验方法35-36
• 4.1.6 测定方法36-37
• 4.2 结果与分析37-43
• 4.2.1 复合菌群产酶特性优化37-39
• 4.2.2 优化预处理条件对产气的影响39-41
• 4.2.3 复合菌群发酵产气最佳条件确定41-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第五章 扩大培养产气实验44-50
• 5.1 实验材料和方法44-45
• 5.1.1 实验材料44
• 5.1.2 实验方法44-45
• 5.1.3 发酵罐选择45
• 5.1.4. 复合菌群预处理发酵秸秆生产沼气实验45
• 5.2 结果分析45-49
• 5.2.1 秸秆TS和C/N比测定45
• 5.2.2 有机负荷率选择对产气的影响45-46
• 5.2.3 碳氮比的选择对产气的影响46-47
• 5.2.4 预处理对秸秆产气的影响47
• 5.2.5 扩大产气实验最佳发酵条件测定47-49
• 5.3 本章小结49-50
• 第六章 结论50-51
• 参考文献51-54
• 致谢54-55
• 作者简介55

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