复合菌预处理秸秆产沼气试验研究

【摘要】：沼气是可再生的清洁能源和生态能源，我国沼气生产的主要原料是畜禽粪便，但畜禽粪便远不能满足沼气发酵原料的需求，而我国秸秆资源丰富，可弥补畜禽粪便发酵原料的不足。但秸秆由于含有难降解的木质素和纤维素成分，使用前必须对其进行预处理。该研究主要针对秸秆难降解的木质纤维成分，筛选高效功能菌，构建秸秆预处理功能菌剂，以加快难降解物的分解速度，提高沼气产量。 以玉米秸秆为基质进行固态培养，通过测定秸秆组分木质素、纤维素、半纤维素的降解率和木质素、纤维素酶活的变化，从实验室保藏的菌种和枯枝落叶、垃圾填埋场采集的混合样品中筛选秸秆预处理目标菌，最终确定7株目标菌为：1组混合菌、2株真菌、2株放线菌、1株细菌、1株绿色木霉。通过拮抗实验，确定7株目标菌之间没有拮抗作用，将7株菌分为4类，运用正交助手软件得到9组不同的配比。用不同配比的复合菌剂预处理秸秆6天，6天后取样测定秸秆失重及木质素、纤维素、半纤维素含量的变化，以秸秆为原料厌氧发酵产沼气，根据产气结果确定最佳的菌剂配比。 将垃圾填埋场样品和枯枝落叶混合样置于高温50℃和中温35℃培养，得到两组不同温度的混合菌，研究混合菌在7天内对滤纸的降解及30天内对秸秆的降解。结果表明，秸秆的失重率、木质素、纤维素、半纤维素降解率、木质素酶活和纤维素酶活，高温50℃都比中温35℃效果好，因此确定选择高温50℃的混合菌作为目标菌。50℃条件下，该混合菌在第7天可使滤纸降解率达到76.2%，第30天秸秆失重率达到34.23%，木质素、纤维素、半纤维素降解率分别为56.36%、42.88%、62.77%。30天内第15天产酶最高，第15天Lac酶活、CMCase酶活、FPA酶活分别为10.2U/g、5.7U/g、3.2U/g。优化产酶实验，以微晶纤维素为碳源时，CMCase酶活和FPA酶活最高，分别达到630U/L和340U/L；以微晶纤维素为碳源，pH为7时，CMCase酶活和FPA酶活分别为690U/L和360U/L。 真菌有2株HX-1，YJ-1-1。先从实验室保藏的6株菌中筛选出降解效果较好的3株菌，将其两两混合，最终确定两株真菌HX-1，YJ-1-1。该2株真菌混合后，均比单菌株效果好，秸秆失重率为28.54%，木质素、纤维素、半纤维素降解率分别为42.57%、34%、60.45%，Lac酶活为10.9U/g，纤维素酶活很低。 放线菌有2株Q0，2-9，将两株单菌株放线菌混合后比单菌株降解效果好，混合后秸秆失重率为27.56%，木质素、纤维素、半纤维素降解率分别为30.37%、36.64%、56.67%。CMCase酶活和FPA酶活分别5.5U/g、3U/g，木质素酶活很低。 另外2株菌为实验室的1株细菌，1株绿色木霉，最终确定7株目标菌。通过拮抗实验，7株目标菌均无拮抗，将7株菌分为4类，运用正交助手得到9组不同的配比。用9组配比的复合菌剂预处理秸秆后，第4组秸秆木质素、纤维素、半纤维的降解率最高，但第9组预处理后的秸秆产沼气最好，说明降解效果好的秸秆不一定产气效果最好，可能是原料过度消耗的原因。经过复合菌剂预处理的第9组秸秆累积产气量最高为8481mL，比对照组提高33.05%。第9组累积产甲烷量为4795mL，比对照组提高37.83%。根据最终的产气效果，确定最佳配比为第9组，最佳配比为3:3:2:1。 【关键词】：目标菌 秸秆 木质素 纤维素 酶活 配比 沼气
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X712;S216.4
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 秸秆的基本成分10-11
• 1.3 木质素酶活和纤维素酶活11-13
• 1.4 秸秆预处理方法13-14
• 1.5 论文研究意义及研究内容14-16
• 1.5.1 论文的研究意义14
• 1.5.2 论文的研究内容14-15
• 1.5.3 研究路线15-16
• 2 混合菌株的选育及秸秆预处理效果研究16-34
• 2.1 实验准备16-18
• 2.1.1 实验材料16-18
• 2.1.2 培养基18
• 2.1.3 试剂的配制18
• 2.2 实验方法18-23
• 2.2.1 混合菌的培养18-19
• 2.2.2 混合菌对滤纸的降解19
• 2.2.3 混合菌对玉米秸秆组分的降解19-21
• 2.2.4 玉米秸秆降解过程中酶活的测定21-23
• 2.2.5 优化产酶实验23
• 2.3 实验结果与分析23-32
• 2.3.1 混合菌的筛选23-25
• 2.3.2 混合菌对滤纸的降解率25-27
• 2.3.3 玉米秸秆失重率27
• 2.3.4 秸秆木质素、纤维素、半纤维素降解率27-28
• 2.3.5 酶活测定数据及结果28-31
• 2.3.6 优化产酶实验结果31-32
• 2.4 小结32-34
• 3 真菌的选育及秸秆预处理效果研究34-42
• 3.1 实验准备34
• 3.1.1 实验材料34
• 3.1.2 培养基34
• 3.2 实验方法34-35
• 3.2.1 菌种活化34
• 3.2.2 真菌降解秸秆34-35
• 3.3 实验结果35-39
• 3.3.1 菌株生长状况35
• 3.3.2 单菌株降解秸秆失重率、组分降解率、酶活35-37
• 3.3.3 混合菌株降解秸秆失重率、组分降解率、酶活37-39
• 3.4 小结39-42
• 4 放线菌的选育及秸秆预处理效果研究42-46
• 4.1 实验准备42
• 4.1.1 实验材料42
• 4.1.2 培养基42
• 4.2 实验方法42-43
• 4.2.1 菌种活化42
• 4.2.2 放线菌降解秸秆42-43
• 4.3 实验结果43-45
• 4.3.1 放线菌平板生长状况43
• 4.3.2 秸秆失重率43-44
• 4.3.3 木质素、纤维素、半纤维素降解率44
• 4.3.4 酶活44-45
• 4.4 小结45-46
• 5 目标菌的拮抗实验及菌种配比46-50
• 5.1 实验准备46-47
• 5.1.1 实验材料46-47
• 5.1.2 实验药品和仪器47
• 5.2 实验方法47-48
• 5.2.1 菌株培养47-48
• 5.2.2 拮抗实验48
• 5.3 实验结果48-49
• 5.4 小结49-50
• 6 复合菌剂预处理秸秆厌氧发酵产沼气50-58
• 6.1 实验准备50
• 6.1.1 实验材料50
• 6.1.2 实验药品和仪器50
• 6.2 实验方法50-52
• 6.2.1 菌种配比50
• 6.2.2 复合菌剂的制作50
• 6.2.3 秸秆堆沤预处理50-51
• 6.2.4 厌氧发酵产沼气51-52
• 6.3 结果与分析52-57
• 6.3.1 菌种配比52
• 6.3.2 预处理秸秆参数测定52-54
• 6.3.3 厌氧发酵产沼气54-57
• 6.4 小结57-58
• 7 结论58-60
• 参考文献60-64
• 攻读学位期间发表文章64-67
• 致谢67

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