秸秆污泥堆肥产纤维素酶细菌的筛选及产酶条件优化

【摘要】：大量城市生活污泥的处理处置成为目前我国亟待解决的环境问题。堆肥化处理污泥是使其无害化、资源化的一条有效途径,具有广阔的应用前景。堆肥过程中的调理剂的选择对堆肥效率和产品品质的影响尤为重要,当前普遍使用的调理剂是农作物秸秆。作物秸秆的主要组成有纤维素、半纤维素和木质素,而粗纤维素作为一类相当难降解的高分子物质,不利于堆肥化的高效进行及养分的资源化利用,因此要解决秸秆污泥的堆肥问题应先解决纤维素的降解问题。 一直以来,纤维素的微生物降解受到很大重视,已有不少关于纤维素酶产生菌、酶结构及其应用方面的研究。但大多是直接从土壤环境中筛选分离或是针对秸秆堆肥为主体的纤维素降解菌的筛选,在应用到以污泥堆肥为主体的环境中时往往处理效果不佳。 堆肥化过程中细菌是降解有机物及产热的主要微生物类群(至少80～90%的微生物活动产生于细菌)。鉴于此,本研究主要针对细菌进行筛选,从秸秆污泥两者混合发酵后的堆肥产品中筛选高效的产纤维素酶细菌,旨在为污泥堆肥的生物处理提供原始菌株。因此,本研究主要有以下几方面工作： (1)试验选取扬州市汤汪污水处理厂的脱水污泥为堆肥基质,同时以秸秆(辅加一定比例的菌菇渣)为调理剂,控制堆肥基本原料(污泥和秸秆)的湿重比为固定值(1：0.025),通过改变辅料菌菇渣的比例分别设置了3个处理(堆体A、堆体B和堆体C)进行堆肥。分别考察3个堆体堆肥过程中的温度、pH、含水率、有机质含量、总氮量、铵态氮和硝态氮的含量等7个方面的变化趋势,对污泥的堆肥效果作连续一个月的理化性质的监测。 通过对3个处理的7个评价指标的综合分析,发现对比于其他2个堆体,堆体C的升温优势明显,达到最高温所需时间最短且温度最高,堆体微生物代谢旺盛,有机质充分降解,水分大量散失,有效实现了污泥的减量化,同时氮素损失量偏低,且pH、有机质含量均在适宜堆肥发酵进行的范围内,堆肥效果呈现最佳,故从该堆体中采取样品进行筛菌工作。 (2)从堆体C的堆肥产品中取样,利用以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的选择性培养基富集驯化,并加以刚果红平板染色的方法进行初筛,选取得到周围有透明圈及长势旺盛的细菌16株。对初步筛选的16株细菌分别作滤纸降解实验和纤维素酶活力测定,筛选得到1株相对高效的纤维素降解菌株S9,其发酵4天后羧甲基纤维素酶(CMCase)和滤纸酶(FPase)分别达到46.00U/mL和18.21U/mL。结合形态观察,并通过对菌株S9的16S rDNA基因序列进行基因库比对和进化树构建等一系列工作,发现菌株S9与Devosia sp.DDB001亲缘关系最近。 (3)通过单因子实验,对细菌S9的产酶发酵条件进行优化。分别考察不同发酵时间、发酵温度、摇床转速、接种量和培养基初始pH对菌株生长量和纤维素酶活力的影响,结果表明其产酶发酵的最佳发酵时间为60h,培养温度30℃,转速130rpm、接种量在4%以及最适初始pH范围为7.2～7.5,且在该条件下其FPase和CMCase活力分别达到23.10U/mL和54.97U/mL。 【关键词】：污泥堆肥 秸秆 纤维素降解菌 筛选 酶活力 条件优化 鉴定
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703;X172
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 污泥资源化研究现状11-13
• 1.1.1 污泥污染及处置现状11
• 1.1.2 污泥堆肥腐熟度评价指标11-13
• 1.1.3 污泥堆肥调理剂的选择13
• 1.2 农作物秸秆资源的利用情况13-15
• 1.2.1 农作物秸秆资源现状13-14
• 1.2.2 农作物秸秆应用途径现状14-15
• 1.3 秸秆纤维素的结构及性质15-16
• 1.3.1 秸秆纤维素及其结构15-16
• 1.3.2 秸秆纤维素的性质16
• 1.4 微生物降解纤维素的研究进展16-23
• 1.4.1 纤维素降解菌研究现状16-18
• 1.4.2 纤维素酶18-23
• 1.5 本课题研究工作23-26
• 1.5.1 研究背景及意义23
• 1.5.2 研究目的及内容23-24
• 1.5.3 技术路线24-26
• 第二章 秸秆污泥堆肥26-37
• 2.1 实验材料26-27
• 2.1.1 供试材料26
• 2.1.2 药品与试剂26-27
• 2.1.3 仪器与设备27
• 2.2 试验方法27
• 2.3 分析方法27-29
• 2.3.1 堆肥温度27
• 2.3.2 含水率27-28
• 2.3.3 pH值28
• 2.3.4 有机质的测定28
• 2.3.5 氮素的测定28-29
• 2.4 结果与分析29-35
• 2.4.1 温度的变化29-30
• 2.4.2 pH的变化30-31
• 2.4.3 含水率的变化31-32
• 2.4.4 有机质的变化32
• 2.4.5 氮素的变化32-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 产纤维素酶细菌的分离筛选及鉴定37-48
• 3.1 实验材料37-38
• 3.1.1 样品来源37
• 3.1.2 药品与试剂37
• 3.1.3 培养基37-38
• 3.1.4 仪器与设备38
• 3.2 实验方法38-42
• 3.2.1 富集驯化38
• 3.2.2 产纤维素酶细菌的分离纯化38-39
• 3.2.3 分离纯化菌株的保存39
• 3.2.4 滤纸降解鉴定实验39
• 3.2.5 产纤维素酶细菌的筛选39
• 3.2.6 纤维素酶活力的测定39-40
• 3.2.7 菌种的鉴定40-42
• 3.3 结果与分析42-47
• 3.3.1 菌株的初步筛选结果42-43
• 3.3.2 葡萄糖标准曲线的绘制43-44
• 3.3.3 纤维素酶活力的测定44-45
• 3.3.4 菌种的鉴定45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 菌株S9产酶发酵条件优化48-57
• 4.1 材料48
• 4.1.1 供试菌株48
• 4.1.2 药品与试剂48
• 4.1.3 培养基48
• 4.1.4 仪器与设备48
• 4.2 方法48-49
• 4.2.1 发酵时间的优化48
• 4.2.2 培养温度的优化48-49
• 4.2.3 转速的优化49
• 4.2.4 接种量的优化49
• 4.2.5 培养基初始pH的优化49
• 4.3 结果与分析49-56
• 4.3.1 发酵时间50-51
• 4.3.2 发酵温度51-52
• 4.3.3 转速52-53
• 4.3.4 接种量53-55
• 4.3.5 培养基初始pH55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 总结和讨论57-61
• 5.1 最佳取样堆体的选择57-58
• 5.1.1 结果57-58
• 5.1.2 讨论58
• 5.2 产纤维素酶细菌的筛选鉴定58-59
• 5.2.1 结果58-59
• 5.2.2 讨论59
• 5.3 菌株S9产酶发酵条件的优化59-61
• 5.3.1 结果59-60
• 5.3.2 讨论60-61
• 参考文献61-65
• 附表65-73
• 致谢73-74
• 攻读学位期间发表的学术论文目录74-75

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