多菌种耦合厌氧发酵秸秆产沼气的特性研究

【摘要】：我国纤维素生物质资源丰富,总量在12亿吨以上。然而对作物秸秆的利用除少量用于喂养牲畜、堆沤肥外,大部分利用率很低。利用微生物将秸秆厌氧发酵生产沼气不仅使生物质资源得到深度开发和循环利用,而且还能缓解能源危机、保护环境、改善生态。根据沼气的组成特点,本文以农作物秸秆为厌氧发酵原料,以实验室构建的复合菌剂为接种物,研究关键调控因子添加量对厌氧发酵产沼气的影响。研究表明: 1)采用刚果红平板法从牛瘤胃内容物中分离出25株能产生水解圈的纤维素降解菌株,运用亨盖特厌氧技术通过复筛选育出一株酶活较高的菌株命名为ST16。根据菌株形态特征、生理生化特征分析初步鉴定菌株ST16属于Enterobacter Hormaeche and Edwards.。通过单因子实验研究其最佳碳源和氮源,结果表明以CMC-Na为碳源、NH_4NO_3为氮源时产酶活力最高; 2)通过正交优化发酵培养基试验,表明最佳接种量CMC-Na 0.6%, NH_4NO_3 0.20%,Tw-80浓度0.025%,抗坏血酸浓度0.015%,酶活可达到3874.34μmol/ (g·h)。通过优化菌株ST16在有氧及无氧条件下发酵工艺条件表明:该菌株最适培养时间为96h(有氧)、120h(无氧),温度为37℃,培养基初始pH为7,最适接种量为4%(有氧)、8%(无氧);最终酶活在有氧条件下可达到4210.32μmol/ (g·h),无氧条件下3415.76μmol/ (g·h)。根据酶学性质初步研究表明:在50℃,pH 7.0的条件下酶活最高,为该酶的最适反应条件,在pH7.0-9.0条件下稳定,在70℃以上热稳定性较差,Mn~(2+)、Fe~(2+)能显著促进酶的活力。 3)采用Hungate厌氧操作技术,从湖北农业科学院试验田污泥中分离筛选得到一株产甲烷菌FC1,在滚管中形成的菌落FC1为直的或略弯的短杆状,单个或成链生长,革兰氏阴性,具有运动性,不形成芽抱,菌落圆形,乳白色,表面光滑,不透明,能够利用甲酸盐生长,在荧光显微镜下观察该菌落有绿色荧光。最适生长温度37℃,最适pH为7.0,根据形态、理化特征以及16S rDNA序列分析表明,该菌为Methanocorpusculum parvum小甲烷粒菌,属于中温菌。 4)通过产酸产甲烷及纤维素降解菌复配得到一组高效产沼气复合菌系,采用复合菌剂厌氧发酵秸秆并对产气量和产甲烷含量进行研究,结果发现最适宜的菌剂接种量为10%。对最佳实验组及对照组发酵料液各成分进行分析发现,秸秆经菌群耦合发酵后,pH、TS与VS相比对照组都较小,且有机酸乙酸、丙酸和丁酸含量分别比对照组发酵液中的含量少20.24%～24.53%、44.08%～45.37%和35.47%～51.20%,说明高产气效率是通过提高耦合菌群的甲烷合成能力,而非通过促进单一菌群生长的优势,同时复合菌系也是提高沼气产量与质量的有效途径。 【关键词】：兼性厌氧纤维素降解菌 酶学 甲烷菌 产气量
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ920.6
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-17
• 1.1 选题背景11-12
• 1.2 沼气发酵微生物群落概述12-13
• 1.2.1 沼气发酵的基本原理12-13
• 1.2.2 沼气发酵微生物的概述13
• 1.3 国内外研究进展13-16
• 1.3.1 兼性降解纤维素复合菌系的研究进展13-14
• 1.3.2 兼性厌氧纤维素对沼气发酵的研究进展14-16
• 1.4 论文研究的目的和意义16
• 1.5 论文研究的主要内容16-17
• 第2章 兼性厌氧纤维素降解菌株的筛选及初步鉴定17-27
• 2.1 实验材料17-19
• 2.1.1 材料17
• 2.1.2 试验试剂17-18
• 2.1.3 试验仪器18
• 2.1.4 培养基18-19
• 2.1.5 试验装置19
• 2.2 实验方法19-22
• 2.2.1 兼性厌氧纤维素降解菌株的筛选19-20
• 2.2.2 菌种的初步鉴定20-22
• 2.3 结果与分析22-26
• 2.3.1 初筛22-23
• 2.3.2 复筛23-24
• 2.3.3 菌株的形态特征24-25
• 2.3.4 菌株生理生化特征25-26
• 2.4 小结26-27
• 第3章 兼性厌氧纤维素降解菌发酵条件的优化及酶学性质的初步研究27-41
• 3.1 实验材料27-28
• 3.1.1 材料27
• 3.1.2 试验试剂27
• 3.1.3 试验仪器27
• 3.1.4 培养基27-28
• 3.1.5 试验装置28
• 3.2 实验方法28-30
• 3.2.1 发酵培养基的优化28-29
• 3.2.2 发酵工艺条件的优化29
• 3.2.3 酶学性质的初步研究29-30
• 3.3 结果与分析30-40
• 3.3.1 发酵培养基的优化30-32
• 3.3.2 发酵工艺条件的优化32-37
• 3.3.3 酶学性质37-40
• 3.4 小结40-41
• 第4章 甲烷菌的分离鉴定及系统发育学分析41-51
• 4.1 实验材料41-43
• 4.1.1 材料41
• 4.1.2 试验试剂41-42
• 4.1.3 试验仪器42
• 4.1.4 培养基42-43
• 4.1.5 试验装置43
• 4.2 实验方法43-46
• 4.2.1 甲烷菌的分离筛选43-45
• 4.2.2 甲烷菌的形态观察及生理生化特性45
• 4.2.3 甲烷菌的分子鉴定及系统发育分析45-46
• 4.3 结果与分析46-50
• 4.3.1 菌株形态及理化特征46-49
• 4.3.2 菌株的系统分类学分析49-50
• 4.4 小结50-51
• 第5章 多菌种耦合发酵秸秆产沼气的研究51-60
• 5.1 实验材料51-53
• 5.1.1 材料51-52
• 5.1.2 试验试剂52
• 5.1.3 试验仪器52
• 5.1.4 培养基52-53
• 5.2 实验方法53-55
• 5.2.1 沼气发酵耦合菌系的构建53
• 5.2.2 秸秆预处理53
• 5.2.3 耦合菌系发酵秸秆产沼气的研究53
• 5.2.4 试验分析检测方法53-55
• 5.3 结果与分析55-58
• 5.3.1 耦合菌系的获得55-56
• 5.3.2 耦合菌系厌氧发酵不同秸秆产沼气的研究56-57
• 5.3.3 耦合菌群厌氧发酵产沼气料液成分的分析57-58
• 5.4 小结58-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 特色与特点61
• 6.3 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录67

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