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复合菌预处理秸秆产沼气试验研究

关注热度:58   来源:新能源学术论文  作者:王巧
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【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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关键词: 目标菌

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