液固聯(lián)合秸稈沼氣干發(fā)酵微生物適應(yīng)性研究

【摘要】：本文對沼氣發(fā)酵微生物熒光原位雜交（FISH）定量的樣品處理方法進行了優(yōu)化，研究了不同接種物種類、接種量和發(fā)酵基質(zhì)初始含水量對沼氣干發(fā)酵過程中微生物群落結(jié)構(gòu)變化及發(fā)酵特性的影響，探討了以液態(tài)沼氣發(fā)酵的殘余物為接種物進行秸稈沼氣干發(fā)酵時微生物的適應(yīng)性，為進一步優(yōu)化液固聯(lián)合秸稈沼氣干發(fā)酵工藝，提高產(chǎn)氣效率提供了一定的理論依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下： 1. FISH檢測沼氣干發(fā)酵細菌的超聲波條件優(yōu)化。為了進一步提高FISH定量沼氣干發(fā)酵基質(zhì)中微生物的準確性，通過單因素和正交實驗，研究了樣品預(yù)處理的超聲波功率和處理時間對熒光原位雜交圖片中熒光信號的豐度、亮度和均勻度的影響。結(jié)果表明，最佳的超聲波破碎功率為200w，破碎時間為100s。經(jīng)過最佳條件的超聲處理后，F(xiàn)ISH圖片的豐度比以前未使用超聲波處理的樣品提高了124%左右，亮度和均勻程度也均顯著提高。 2.不同種類接種物中微生物菌群在玉米秸稈沼氣干發(fā)酵過程中的適應(yīng)性研究。分別以液態(tài)沼氣發(fā)酵的殘余物（接種物1）和干發(fā)酵的沼渣（接種物2）為接種物進行液固聯(lián)合沼氣干發(fā)酵實驗，結(jié)果表明：以液態(tài)發(fā)酵的沼渣為接種物時，沼氣干發(fā)酵過程的啟動速率及產(chǎn)氣總量均明顯優(yōu)于以干發(fā)酵沼渣為接種物的發(fā)酵罐，其不同階段的菌群結(jié)構(gòu)、含量等均正常，甲烷菌生長未收到酸抑制。以干發(fā)酵殘渣為接種物進行沼氣干發(fā)酵時，pH迅速下降，第6天時已降低至5.86，明顯低于甲烷菌生長所需pH6.8-7.2范圍，導致甲烷菌生長緩慢，引起發(fā)酵失敗。 3.接種物種類和接種量對液固聯(lián)合沼氣干發(fā)酵特性的影響。以玉米秸稈為原料，分別接種兩種不同的接種物（接種物1和接種物2）進行液固聯(lián)合沼氣干發(fā)酵試驗。玉米秸稈和接種物之比（F/I，基于可揮發(fā)性固形物VS）分別為1、3和5。結(jié)果表明：接種濕發(fā)酵沼渣的發(fā)酵罐的產(chǎn)氣啟動速率及產(chǎn)氣總量均比以干發(fā)酵沼渣為接種物的發(fā)酵罐好。以液態(tài)沼氣的沼渣做接種物時，接種量F/I=1、3、5時的總產(chǎn)氣量差異不顯著（P0.05）；用干發(fā)酵沼渣做接種物時，接種量F/I=1時產(chǎn)氣效果較好，產(chǎn)氣總量為66.9L/kg/vs，比F/I=3的發(fā)酵罐提高了135.3%；而F/I=5的的處理在第10天時pH已降低至5.45，導致過度酸化，從而引起發(fā)酵失敗。 4.接種物中影響沼氣干發(fā)酵進程的關(guān)鍵特性分析。以接種物1為接種物，接種總量F/I=3。對部分的接種物進行高溫滅菌處理，使原料與具有微生物活性的接種物之比分別為F/I=4和5，將接種量F/I=4和5做為對照組，研究了接種物的菌群含量和堿度對沼氣干發(fā)酵產(chǎn)氣特性和菌群變化的影響，對接種物中影響液固聯(lián)合沼氣干發(fā)酵進程的關(guān)鍵因子進行了分析。結(jié)果表明：接種量為F/I=3、4、5以及部分滅菌的情況下的液固聯(lián)合沼氣干發(fā)酵均能產(chǎn)氣，接種量越高發(fā)酵初期的產(chǎn)氣越快，發(fā)酵過程較好；F/I=3、4、5的甲烷濃度和產(chǎn)氣總量無明顯差異（P0.05）。但F/I=3（滅菌25%）和F/I=3（滅菌40%）的總產(chǎn)氣量和堿度高于F/I=3、4、5，其中F/I=3（滅菌40%）的總產(chǎn)量最高為80.1L/kg/vs，其次是F/I=3（滅菌25%），為77.9L/kg/vs。因此說明對于厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣情況來說，微生物的作用明顯小于堿度的作用。 5.初始含水量對液固聯(lián)合沼氣干發(fā)酵微生物適應(yīng)性的影響。以接種物1為接種物，研究了基質(zhì)特性與微生物菌群之間的關(guān)系。結(jié)果表明：含水量為65%、70%、75%和80%時液固聯(lián)合沼氣厭氧干發(fā)酵均可順利啟動；含水量不同對沼氣干發(fā)酵的啟動時間、產(chǎn)甲烷周期和總產(chǎn)氣量影響不同。含水量越低，啟動越早、周期越長，最佳含水量為80%，其產(chǎn)氣總量為44.2L/kg/vs，比含水量為35%的高9.7%。 【關(guān)鍵詞】：沼氣 干發(fā)酵 玉米秸稈 微生物
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TQ920.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 課題研究主要內(nèi)容16-18
• 第二章 FISH 檢測沼氣干發(fā)酵細菌的超聲波條件優(yōu)化18-29
• 2.1 引言18-19
• 2.2 實驗材料與方法19-23
• 2.2.1 沼氣干發(fā)酵樣品19
• 2.2.2 實驗試劑19-20
• 2.2.3 實驗儀器20-21
• 2.2.4 超聲波處理21
• 2.2.5 單因素實驗21
• 2.2.6 正交試驗21-22
• 2.2.7 FISH 技術(shù)對樣品處理22-23
• 2.2.8 統(tǒng)計分析23
• 2.3 結(jié)果與討論23-28
• 2.3.1 超聲功率對微生物計數(shù)的影響23-25
• 2.3.2 破碎時間對微生物計數(shù)的影響25-26
• 2.3.3 正交試驗26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 接種物種類對沼氣干發(fā)酵微生物適應(yīng)性的影響29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 實驗材料與方法29-33
• 3.2.1 試驗材料29-30
• 3.2.2 實驗試劑30
• 3.2.3 實驗所用儀器30
• 3.2.4 沼氣干發(fā)酵處理方法30-31
• 3.2.5 指標測定方法及微生物分析31-33
• 3.3 結(jié)果與討論33-40
• 3.3.1 基于微生物數(shù)量接種量33-36
• 3.3.2 接種量基于物料與接種之比36-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 接種量對沼氣干發(fā)酵微生物適應(yīng)性的影響41-49
• 4.1 引言41
• 4.2 實驗材料與方法41-42
• 4.2.1 試驗材料41-42
• 4.2.2 沼氣干發(fā)酵處理方法42
• 4.2.3 指標測定方法及微生物分析42
• 4.3 結(jié)果與討論42-47
• 4.3.1 接種量對沼氣干發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響42-44
• 4.3.2 接種量對物料特性的影響44-45
• 4.3.3 接種量對發(fā)酵過程中菌群變化的影響45-47
• 4.4 本章小結(jié)47-49
• 第五章 初始含水量對沼氣干發(fā)酵微生物適應(yīng)性的影響49-56
• 5.1 前言49
• 5.2 實驗材料與方法49-50
• 5.2.1 試驗材料49
• 5.2.2 沼氣干發(fā)酵處理方法49-50
• 5.2.3 指標測定方法及微生物分析50
• 5.3 結(jié)果與討論50-55
• 5.3.1 初始含水量對沼氣干發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響50-52
• 5.3.2 初始含水量對物料特性的影響52-53
• 5.3.3 初始含水量對發(fā)酵過程中菌群變化的影響53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第六章 結(jié)論與展望56-59
• 6.1 結(jié)論56-57
• 6.2 展望57-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-68
• 附錄 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文68

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