秸秆沼气发酵预处理微生物菌剂的制备与应用研究

发布时间：2020-04-05 21:59

【摘要】：我国是一个农业大国，各类农作物秸秆资源十分丰富，大量农作物秸秆收获后得不到合理的利用，既造成了资源浪费又导致了污染环境。以秸秆为原料发酵产沼气可以有效地缓解这个问题。但是，秸秆中的主要成分为纤维素、半纤维素以及木质素，而且表面有蜡质层覆盖，若将其直接进行沼气发酵，蜡质层和木质素均会影响微生物对其内部纤维结构的生物降解，最终影响沼气发酵效率。本文拟从自然环境中分离、筛选木质纤维素降解菌，，并制备成秸杆沼气发酵预处理菌剂，同时将其应用到秸杆沼气酵过程中，研究其对产沼气的贡献，以及对沼气发酵产物的影响。本文从沼气发酵液、林地土壤和堆肥中分离出多种微生物。通过对秸秆木质纤维素的降解率、生长量大小、酶活、拮抗实验等方法筛选其中的优势菌种。再对不同的菌株进行配伍组合，通过酶活研究，获得最佳组合，并制备成相应的菌剂，对秸秆进行预处理后进行沼气发酵，通过产气量的测定，最终筛选出优势菌剂。本文还通过对该优势菌剂中的微生物进行分类鉴定，研究其促进沼气发酵的微生物机理。另外，还通过核磁共振、扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱测定等方法对沼气发酵后秸杆的结构特征进行分析，并通过液相色谱、气质联用等方法对沼液的成分与含量进行测定与研究。主要研究结论如下：（1）本文通过初筛、复筛、拮抗实验等方法筛选出了10株微生物。再进行菌株配伍，保留了4种产酶最高的微生物组合，其中12号纤维素酶活最高，为11.398U/mL；8号漆酶酶活最高，为0.083U/mL。将这四组微生物分别制备成四种沼气发酵预处理菌剂，对统一质量为15g的秸秆进行预处理，并投入沼气罐中，在37℃条件下进行厌氧发酵，6号菌剂30d产气量最高，较空白对照组提升了181%。最后，改变6号菌剂与秸秆的投料比，结果表明二者质量比为1：50时，30d产气量最高，达7369mL。微生物鉴定表明6号菌剂含灰绿青霉、米根霉、白腐菌、黄曲霉和螺孢菌。（2）本文对秸秆沼气发酵过程中秸秆的结构变化进行了研究：X射线衍射研究发现秸秆的结晶度按47.45%、46.15%、45.6%、45.35%、43.52%依次减小，最终降至21.38%。红外扫描表明，发酵过程中各官能团振动强度减弱，发酵结束时，木质素苯环骨架、紫丁香环及愈创木环振动峰增强。核磁共振表明，秸秆木质素在厌氧降解过程中-OCH3以及β-O-4型结构中的Cα、Cβ、Cγ含量逐渐减少，紫丁香环、愈创木环结构部分被分解。扫描电镜结果显示：自发酵之日起，秸秆表面逐渐被破坏，纤维素骨架逐渐清晰，微生物在其内部大量生长，最后使秸秆结构断裂。（3）本文采用GC-MS对秸秆沼气发酵液相产物进行了分析。空白对照组猪粪中原本含有少量的乙苯、1，2，4-三甲基苯和1，6-二甲基-4-异丙基-萘。通过与秸秆混合发酵后，三者含量逐渐减少并基本消失，同时生成苯酚、邻苯二酚、对甲基苯酚、苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸、间羟基苯甲酸、间羟基苯乙酸、间羟基苯丙酸这些芳香族化合物，和丙酸、丁酸、戊酸、己酸等挥发性脂肪酸。液相色谱分析结果表明：三种挥发性脂肪酸的含量，随发酵时间的增加整体呈增大趋势。苯酚含量在0.07～0.48mg/L之间变化。苯甲酸在发酵一周时，含量为0.0032mg/L，随着发酵的进行，含量减少，低于检测限。
【图文】：

化学结构,生物降解纤维,降解纤维素,纤维二糖

物降解纤维素和木质素的研究进展生物降解纤维素的研究进展素是由 D-葡萄糖以 β-1，4 糖苷键结合而成的链状高分子化合物（如构导致其在常温下不溶于水、稀酸和稀碱[8]，在自然条件下可缓慢图 1-1 纤维二糖结构Fig.1-1 Disaccharide structure of cellulose

纤维二糖,沼液

用等方法对沼液的成分与含量进行测定与研究，以期对沼液的处理。生物降解纤维素和木质素的研究进展微生物降解纤维素的研究进展维素是由 D-葡萄糖以 β-1，4 糖苷键结合而成的链状高分子化合物结构导致其在常温下不溶于水、稀酸和稀碱[8]，在自然条件下可缓
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S216.2;X172

【参考文献】