牛粪秸秆混合产沼气的菌种鉴定及发酵条件的研究

【摘要】：我国的农业发展历史悠久,农产品种类多,产量高,为社会提供大量食物补给的同时也带来很多农业废弃物,给国家带来很多亟待解决的社会问题、环境问题。利用农业废弃物进行沼气生产,不但可以使农业废弃物变废为宝,创造可再生能源,将这一生物质资源转化成化石能源,提供一定的经济效益,而且可以使农业废弃物得到妥善的处理,解决农业废弃物处理不当带来的环境问题。本研究以牛粪、秸秆作为研究对象,进行厌氧发酵产甲烷气体,对沼液中的产甲烷相关菌种进行筛分。以沼液作为筛分产甲烷相关菌种的来源,根据产甲烷菌特有的辅酶FM420在波长为420 nm的光下,可见蓝绿色荧光,进行产甲烷相关菌种的筛分。利用Hungate厌氧技术,对发酵沼液中的产甲烷微生物进行分离培养和纯化培养,最终获得2株产甲烷菌Lin1和Lin3。通过形态特征观察,生理生化特性研究及遗传学特性研究对分离出的产甲烷菌Lin1和Lin3进行分类地位的确定。本研究的试验结果是,分离到的产甲烷菌Lin1为球状菌,在固体培养基上培养12~15 d可见边缘整齐,透明的单菌落。可耐受的盐度范围为0~5%Na Cl(w/v)(最适Na Cl浓度为0%);生长温度范围为20~40°C(最适35°C);生长p H范围6.0~9.0(最适p H 8.0);基于16S r RNA基因序列的系统发育分析表明菌株Lin1与荧光甲烷球菌(Methanomassiliicoccus luminyensis)在进化关系上属于同一分支内。产甲烷菌Lin3是杆状菌,在固体培养基上培养12~15 d可见边缘整齐,透明的单菌落,可耐受的盐度范围为0%~5%Na Cl(w/v)(最适Na Cl浓度为0%);生长温度范围为20~40°C(最适35°C),生长p H范围6.0~9.0(最适p H 7.5),基于16S r RNA基因序列的系统发育分析表明,Lin3与弯曲甲烷杆菌(Methanobacterium curvum)在进化关系上属于同一分支内。以两相厌氧反应器作为本试验的发酵装置,牛粪、秸秆为混合发酵底物,在中温37°C下,进行沼气发酵。对发酵的一系列理化条件进行优化,包括原料预处理方式,发酵起始p H值,底物浓度,底物的原料混合比例,添加产甲烷菌菌液等发酵条件,通过比较厌氧发酵体系所产生的甲烷含量,确定最优的发酵条件。本研究得出的结果是,在37°C的发酵温度下,将起始p H值设为7.0,原料以微生物降解为预处理方式,底物浓度设为15%、底物中牛粪和秸秆的混合比例设为1.5:1,为本试验的最优发酵条件。分别将分离得到的荧光甲烷球菌(M.luminyensis)菌液和弯曲甲烷杆菌(M.curvum)菌液作为接种物,添加到以牛粪、秸秆为发酵原料的沼气发酵体系内,结果为发酵体系内添加产甲烷菌菌液的产甲烷量明显高于发酵体系内不添加接种物的产甲烷量。 【关键词】：牛粪 秸秆 厌氧发酵 产甲烷菌
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-27
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究综述11-26
• 1.2.1 生物质能源11-14
• 1.2.2 农业废弃物资源化14-20
• 1.2.3 牛粪20-21
• 1.2.4 秸秆21
• 1.2.5 沼气发酵21-26
• 1.3 存在的问题26
• 1.4 课题来源及主要研究内容26-27
• 1.4.1 课题来源26
• 1.4.2 主要研究内容26-27
• 第2章 材料与方法27-35
• 2.1 实验材料27-29
• 2.1.1 沼气发酵原料来源27
• 2.1.2 培养基27
• 2.1.3 试剂27-28
• 2.1.4 试剂配制28
• 2.1.5 实验主要仪器28-29
• 2.2 实验方法29-35
• 2.2.1 沼气发酵条件29-31
• 2.2.2 沼液中产甲烷菌的分离、鉴定及生理生化特征的研究31-33
• 2.2.3 形成实验室沼气发酵技术33-35
• 第3章 沼气发酵过程中产甲烷菌的分离与鉴定35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 沼气发酵中产甲烷菌的富集培养35-37
• 3.3 沼气发酵中产甲烷菌的分离培养37
• 3.4 沼气发酵中产甲烷菌的纯化培养37-39
• 3.5 产甲烷菌Lin1、Lin3 的 16S rRNA基因序列鉴定39-43
• 3.6 构建系统发育树43-44
• 3.7 产甲烷菌Lin1、Lin3 的生理生化特征研究44-46
• 3.8 本章小结46-47
• 第4章 沼气发酵条件47-55
• 4.1 引言47
• 4.2 发酵装置的确定47-48
• 4.3 发酵底物浓度的确定48-49
• 4.4 底物中原料混合比例的确定49-51
• 4.5 沼气发酵的起始pH值的确定51-52
• 4.6 添加产甲烷菌菌液对沼气发酵效率的影响52-54
• 4.7 本章总结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 附录63-70

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