耐冷產(chǎn)甲烷菌的篩選及其低溫下促進秸稈發(fā)酵的試驗研究

【摘要】：隨著國際能源供應(yīng)的日趨緊張,節(jié)能問題日益為人們所重視。生物沼氣以其可再生綠色無污染等優(yōu)點受到重視,利用農(nóng)作物秸稈厭氧生產(chǎn)生物沼氣是未來能源發(fā)展的一個重要方向,既解決能源危機,又充分利用資源、保護環(huán)境。而在我國北方地區(qū),低溫氣候嚴重制約了沼氣發(fā)酵的效率。因此,促進低溫沼氣發(fā)酵的研究具有重要的實踐意義。 本研究利用無菌無氧培養(yǎng)基的限制,從不同生境中篩選、分離耐冷產(chǎn)甲烷菌,通過正交試驗對其進行生理生化特性研究,經(jīng)PCR擴增、16S rDNA測序及同源性分析確定其系統(tǒng)分類學(xué)地位,并以外源微生物添加到低溫沼氣發(fā)酵體系中,探索耐冷產(chǎn)甲烷菌純菌株對低溫沼氣發(fā)酵的影響。 研究結(jié)果如下： (1)從實驗室UASB反應(yīng)器的污泥中篩選一株耐冷產(chǎn)甲烷菌菌株US-3,該菌株革蘭氏染色顯陰性,不運動,球狀菌。正交試驗中各因素對菌株US-3生長能力的影響從大到小依次為底物類型、溫度、pH值、Na+濃度,最佳水平分別為底物甲酸鈉,溫度25℃,pH值6.5,Na+濃度0.6mol·L-1。菌株US-3為梭菌屬(Clostridium),相似性為98%。 (2)從低溫稻田土中分離一株耐冷產(chǎn)甲烷菌菌株DT-6,該菌株革蘭氏染色顯陰性,不運動,桿狀菌。影響該菌株生長能力大小的因素依次為pH值、溫度、Na+濃度、底物類型,各因素最佳水平為pH值7.5,溫度25℃,Na+濃度為Omol·L-1,底物為甲酸鈉。菌株DT-6為檸檬酸桿菌屬(Citrobacter),相似性為99%。 (3)與空白組相比,1、2、3號三組(分別添加10%、20%、30%的菌株US-3)在15℃條件下均能提高發(fā)酵系統(tǒng)的產(chǎn)氣量,且添加量越大,產(chǎn)氣量越大,3組試驗的累積產(chǎn)氣量分別為17186m、20704ml、22582ml,分別比對空白組高20.22%、33.78%、39.28%,空白組、1、2、3號四組試驗甲烷含量平均值分別為57.32%、59.45%、62.47%、64.07%,添加產(chǎn)甲烷菌株US-3可消耗一定量的有機酸,減小pH值的降低幅度,保持系統(tǒng)的酸堿平衡。同時,提高發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)有機質(zhì)的利用率,降低COD濃度。 (4)4、5、6號(分別添加10%、20%、30%的菌株DT-6)三組試驗的累積產(chǎn)氣量分別為14212ml、16056ml、17827ml,分別比空白組高3.53%、14.61%、23.09%,三組試驗的甲烷含量平均值分別為58.62%、59.94%、61.53%,均高于空白組的57.32%。添加菌株DT-6不同程度的維持發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)的pH值,使發(fā)酵反應(yīng)穩(wěn)定進行,與空白組相比添加的菌株消耗了一定量的有機質(zhì),加速了COD的降解。 本課題研究表明耐冷產(chǎn)甲烷菌菌株US-3、DT-6對低溫發(fā)酵系統(tǒng)均有促進作用,菌株US-3的效果明顯好于菌株DT-6。可緩解低溫條件對高寒地區(qū)沼氣發(fā)酵的限制,改善我國能源匱乏的現(xiàn)狀,具有較好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。 【關(guān)鍵詞】：耐冷產(chǎn)甲烷菌 生理生化特性 16S rDNA 低溫發(fā)酵
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X172;X71
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 課題的來源和研究背景13-14
• 1.1.1 課題的來源13
• 1.1.2 課題的研究背景13-14
• 1.2 課題的研究目的和意義14-15
• 1.3 沼氣發(fā)酵的研究進展15-19
• 1.3.1 秸稈發(fā)酵的研究進展15-17
• 1.3.2 低溫沼氣發(fā)酵的研究進展17-19
• 1.4 低溫產(chǎn)甲烷菌的研究進展19-22
• 1.4.1 低溫產(chǎn)甲烷菌的分布20
• 1.4.2 低溫產(chǎn)甲烷菌的分離20-21
• 1.4.3 低溫產(chǎn)甲烷菌的適冷機制21-22
• 1.5 課題研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線22-25
• 1.5.1 課題研究的主要內(nèi)容22
• 1.5.2 課題研究的技術(shù)路線22-25
• 第二章 耐冷產(chǎn)甲烷菌的篩選、分離25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 試驗材料25-26
• 2.2.1 主要儀器25
• 2.2.2 主要試劑25-26
• 2.2.3 樣品采集26
• 2.3 試驗方法26-30
• 2.3.1 低溫生境中菌種的分離26-28
• 2.3.2 常溫菌種降溫篩選28
• 2.3.3 菌株的分離純化28-29
• 2.3.4 菌種的純度鑒定及其形態(tài)學(xué)觀察29-30
• 2.4 結(jié)果與分析30-34
• 2.4.1 產(chǎn)甲烷菌的富集培養(yǎng)30-32
• 2.4.2 產(chǎn)甲烷菌株的分離純化32-33
• 2.4.3 菌株純培物及其形態(tài)特征33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 菌株US-3、DT-6的生理生化特性研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 試驗材料35
• 3.2.1 主要儀器35
• 3.2.2 主要試劑35
• 3 2.3 培養(yǎng)基成分35
• 3.3 試驗方法35-37
• 3.3.1 正交試驗的設(shè)計35-36
• 3.3.2 菌株最適生長曲線的測定36-37
• 3.4 結(jié)果與分析37-42
• 3.4.1 菌株US-3的生理生化特性37-39
• 3.4.2 菌株DT-6的生理生化特性39-41
• 3.4.3 菌株US-3、DT-6的最適生長曲線41-42
• 3.4.4 菌株US-3、DT-6的特征分析42
• 3.5 本章小結(jié)42-45
• 第四章 菌株US-3、DT-6的鑒定45-51
• 4.1 引言45
• 4.2 試驗材料45
• 4.2.1 受鑒定菌株45
• 4.2.2 主要試劑45
• 4.2.3 主要儀器45
• 4.3 試驗方法45-47
• 4.3.1 基因組DNA提取45-46
• 4.3.2 16S rDNA的PCR擴增46
• 4.3.3 16S rDNA測序及其系統(tǒng)發(fā)育分析46-47
• 4.4 結(jié)果與分析47-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 第五章 菌株US-3、DT-6低溫下促進秸稈發(fā)酵的試驗研究51-63
• 5.1 引言51
• 5.2 試驗材料51-53
• 5.2.1 發(fā)酵原料51
• 5.2.2 接種污泥51
• 5.2.3 主要試劑51-52
• 5.2.4 主要儀器52
• 5.2.5 試驗裝置52-53
• 5.3 試驗方法53-56
• 5.3.1 發(fā)酵原料投加量及其碳氮比的確定53-54
• 5.3.2 秸稈預(yù)處理54-55
• 5.3.3 沼氣發(fā)酵裝置的啟動55
• 5.3.4 分析測試項目與方法55-56
• 5.4 結(jié)果與分析56-62
• 5.4.1 添加菌株US-3、DT-6對產(chǎn)氣量的影響56-58
• 5.4.2 添加菌株US-3、DT-6產(chǎn)甲烷含量的影響58-60
• 5.4.3 添加菌株US-3、DT-6對pH值的影響60-61
• 5.4.4 添加菌株US-3、DT-6對COD含量的影響61-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 第六章 結(jié)論63-65
• 6.1 結(jié)論63
• 6.2 建議63-65
• 參考文獻65-69
• 作者簡介69
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69-71
• 致謝71

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