多菌種耦合厭氧發(fā)酵秸稈產(chǎn)沼氣的特性研究

【摘要】：我國(guó)纖維素生物質(zhì)資源豐富,總量在12億噸以上。然而對(duì)作物秸稈的利用除少量用于喂養(yǎng)牲畜、堆漚肥外,大部分利用率很低。利用微生物將秸稈厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣不僅使生物質(zhì)資源得到深度開(kāi)發(fā)和循環(huán)利用,而且還能緩解能源危機(jī)、保護(hù)環(huán)境、改善生態(tài)。根據(jù)沼氣的組成特點(diǎn),本文以農(nóng)作物秸稈為厭氧發(fā)酵原料,以實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的復(fù)合菌劑為接種物,研究關(guān)鍵調(diào)控因子添加量對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響。研究表明: 1)采用剛果紅平板法從牛瘤胃內(nèi)容物中分離出25株能產(chǎn)生水解圈的纖維素降解菌株,運(yùn)用亨蓋特厭氧技術(shù)通過(guò)復(fù)篩選育出一株酶活較高的菌株命名為ST16。根據(jù)菌株形態(tài)特征、生理生化特征分析初步鑒定菌株ST16屬于Enterobacter Hormaeche and Edwards.。通過(guò)單因子實(shí)驗(yàn)研究其最佳碳源和氮源,結(jié)果表明以CMC-Na為碳源、NH_4NO_3為氮源時(shí)產(chǎn)酶活力最高; 2)通過(guò)正交優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基試驗(yàn),表明最佳接種量CMC-Na 0.6%, NH_4NO_3 0.20%,Tw-80濃度0.025%,抗壞血酸濃度0.015%,酶活可達(dá)到3874.34μmol/ (g·h)。通過(guò)優(yōu)化菌株ST16在有氧及無(wú)氧條件下發(fā)酵工藝條件表明:該菌株最適培養(yǎng)時(shí)間為96h(有氧)、120h(無(wú)氧),溫度為37℃,培養(yǎng)基初始pH為7,最適接種量為4%(有氧)、8%(無(wú)氧);最終酶活在有氧條件下可達(dá)到4210.32μmol/ (g·h),無(wú)氧條件下3415.76μmol/ (g·h)。根據(jù)酶學(xué)性質(zhì)初步研究表明:在50℃,pH 7.0的條件下酶活最高,為該酶的最適反應(yīng)條件,在pH7.0-9.0條件下穩(wěn)定,在70℃以上熱穩(wěn)定性較差,Mn~(2+)、Fe~(2+)能顯著促進(jìn)酶的活力。 3)采用Hungate厭氧操作技術(shù),從湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田污泥中分離篩選得到一株產(chǎn)甲烷菌FC1,在滾管中形成的菌落FC1為直的或略彎的短桿狀,單個(gè)或成鏈生長(zhǎng),革蘭氏陰性,具有運(yùn)動(dòng)性,不形成芽抱,菌落圓形,乳白色,表面光滑,不透明,能夠利用甲酸鹽生長(zhǎng),在熒光顯微鏡下觀察該菌落有綠色熒光。最適生長(zhǎng)溫度37℃,最適pH為7.0,根據(jù)形態(tài)、理化特征以及16S rDNA序列分析表明,該菌為Methanocorpusculum parvum小甲烷粒菌,屬于中溫菌。 4)通過(guò)產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷及纖維素降解菌復(fù)配得到一組高效產(chǎn)沼氣復(fù)合菌系,采用復(fù)合菌劑厭氧發(fā)酵秸稈并對(duì)產(chǎn)氣量和產(chǎn)甲烷含量進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)最適宜的菌劑接種量為10%。對(duì)最佳實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組發(fā)酵料液各成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),秸稈經(jīng)菌群耦合發(fā)酵后,pH、TS與VS相比對(duì)照組都較小,且有機(jī)酸乙酸、丙酸和丁酸含量分別比對(duì)照組發(fā)酵液中的含量少20.24%～24.53%、44.08%～45.37%和35.47%～51.20%,說(shuō)明高產(chǎn)氣效率是通過(guò)提高耦合菌群的甲烷合成能力,而非通過(guò)促進(jìn)單一菌群生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì),同時(shí)復(fù)合菌系也是提高沼氣產(chǎn)量與質(zhì)量的有效途徑。 【關(guān)鍵詞】：兼性厭氧纖維素降解菌 酶學(xué) 甲烷菌 產(chǎn)氣量
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TQ920.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-17
• 1.1 選題背景11-12
• 1.2 沼氣發(fā)酵微生物群落概述12-13
• 1.2.1 沼氣發(fā)酵的基本原理12-13
• 1.2.2 沼氣發(fā)酵微生物的概述13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展13-16
• 1.3.1 兼性降解纖維素復(fù)合菌系的研究進(jìn)展13-14
• 1.3.2 兼性厭氧纖維素對(duì)沼氣發(fā)酵的研究進(jìn)展14-16
• 1.4 論文研究的目的和意義16
• 1.5 論文研究的主要內(nèi)容16-17
• 第2章 兼性厭氧纖維素降解菌株的篩選及初步鑒定17-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料17-19
• 2.1.1 材料17
• 2.1.2 試驗(yàn)試劑17-18
• 2.1.3 試驗(yàn)儀器18
• 2.1.4 培養(yǎng)基18-19
• 2.1.5 試驗(yàn)裝置19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法19-22
• 2.2.1 兼性厭氧纖維素降解菌株的篩選19-20
• 2.2.2 菌種的初步鑒定20-22
• 2.3 結(jié)果與分析22-26
• 2.3.1 初篩22-23
• 2.3.2 復(fù)篩23-24
• 2.3.3 菌株的形態(tài)特征24-25
• 2.3.4 菌株生理生化特征25-26
• 2.4 小結(jié)26-27
• 第3章 兼性厭氧纖維素降解菌發(fā)酵條件的優(yōu)化及酶學(xué)性質(zhì)的初步研究27-41
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料27-28
• 3.1.1 材料27
• 3.1.2 試驗(yàn)試劑27
• 3.1.3 試驗(yàn)儀器27
• 3.1.4 培養(yǎng)基27-28
• 3.1.5 試驗(yàn)裝置28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法28-30
• 3.2.1 發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化28-29
• 3.2.2 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化29
• 3.2.3 酶學(xué)性質(zhì)的初步研究29-30
• 3.3 結(jié)果與分析30-40
• 3.3.1 發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化30-32
• 3.3.2 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化32-37
• 3.3.3 酶學(xué)性質(zhì)37-40
• 3.4 小結(jié)40-41
• 第4章 甲烷菌的分離鑒定及系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析41-51
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料41-43
• 4.1.1 材料41
• 4.1.2 試驗(yàn)試劑41-42
• 4.1.3 試驗(yàn)儀器42
• 4.1.4 培養(yǎng)基42-43
• 4.1.5 試驗(yàn)裝置43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法43-46
• 4.2.1 甲烷菌的分離篩選43-45
• 4.2.2 甲烷菌的形態(tài)觀察及生理生化特性45
• 4.2.3 甲烷菌的分子鑒定及系統(tǒng)發(fā)育分析45-46
• 4.3 結(jié)果與分析46-50
• 4.3.1 菌株形態(tài)及理化特征46-49
• 4.3.2 菌株的系統(tǒng)分類學(xué)分析49-50
• 4.4 小結(jié)50-51
• 第5章 多菌種耦合發(fā)酵秸稈產(chǎn)沼氣的研究51-60
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料51-53
• 5.1.1 材料51-52
• 5.1.2 試驗(yàn)試劑52
• 5.1.3 試驗(yàn)儀器52
• 5.1.4 培養(yǎng)基52-53
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法53-55
• 5.2.1 沼氣發(fā)酵耦合菌系的構(gòu)建53
• 5.2.2 秸稈預(yù)處理53
• 5.2.3 耦合菌系發(fā)酵秸稈產(chǎn)沼氣的研究53
• 5.2.4 試驗(yàn)分析檢測(cè)方法53-55
• 5.3 結(jié)果與分析55-58
• 5.3.1 耦合菌系的獲得55-56
• 5.3.2 耦合菌系厭氧發(fā)酵不同秸稈產(chǎn)沼氣的研究56-57
• 5.3.3 耦合菌群厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣料液成分的分析57-58
• 5.4 小結(jié)58-60
• 第6章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 結(jié)論60-61
• 6.2 特色與特點(diǎn)61
• 6.3 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66-67
• 附錄67

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