【摘要】：我國是一個農(nóng)業(yè)大國，各類農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，大量農(nóng)作物秸稈收獲后得不到合理的利用，既造成了資源浪費又導(dǎo)致了污染環(huán)境。以秸稈為原料發(fā)酵產(chǎn)沼氣可以有效地緩解這個問題。但是，秸稈中的主要成分為纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素，而且表面有蠟質(zhì)層覆蓋，若將其直接進行沼氣發(fā)酵，蠟質(zhì)層和木質(zhì)素均會影響微生物對其內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)的生物降解，最終影響沼氣發(fā)酵效率。本文擬從自然環(huán)境中分離、篩選木質(zhì)纖維素降解菌，，并制備成秸桿沼氣發(fā)酵預(yù)處理菌劑，同時將其應(yīng)用到秸桿沼氣酵過程中，研究其對產(chǎn)沼氣的貢獻，以及對沼氣發(fā)酵產(chǎn)物的影響。 本文從沼氣發(fā)酵液、林地土壤和堆肥中分離出多種微生物。通過對秸稈木質(zhì)纖維素的降解率、生長量大小、酶活、拮抗實驗等方法篩選其中的優(yōu)勢菌種。再對不同的菌株進行配伍組合，通過酶活研究，獲得最佳組合，并制備成相應(yīng)的菌劑，對秸稈進行預(yù)處理后進行沼氣發(fā)酵，通過產(chǎn)氣量的測定，最終篩選出優(yōu)勢菌劑。本文還通過對該優(yōu)勢菌劑中的微生物進行分類鑒定，研究其促進沼氣發(fā)酵的微生物機理。另外，還通過核磁共振、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、紅外光譜測定等方法對沼氣發(fā)酵后秸桿的結(jié)構(gòu)特征進行分析，并通過液相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用等方法對沼液的成分與含量進行測定與研究。 主要研究結(jié)論如下： （1）本文通過初篩、復(fù)篩、拮抗實驗等方法篩選出了10株微生物。再進行菌株配伍，保留了4種產(chǎn)酶最高的微生物組合，其中12號纖維素酶活最高，為11.398U/mL；8號漆酶酶活最高，為0.083U/mL。將這四組微生物分別制備成四種沼氣發(fā)酵預(yù)處理菌劑，對統(tǒng)一質(zhì)量為15g的秸稈進行預(yù)處理，并投入沼氣罐中，在37℃條件下進行厭氧發(fā)酵，6號菌劑30d產(chǎn)氣量最高，較空白對照組提升了181%。最后，改變6號菌劑與秸稈的投料比，結(jié)果表明二者質(zhì)量比為1：50時，30d產(chǎn)氣量最高，達7369mL。微生物鑒定表明6號菌劑含灰綠青霉、米根霉、白腐菌、黃曲霉和螺孢菌。 （2）本文對秸稈沼氣發(fā)酵過程中秸稈的結(jié)構(gòu)變化進行了研究：X射線衍射研究發(fā)現(xiàn)秸稈的結(jié)晶度按47.45%、46.15%、45.6%、45.35%、43.52%依次減小，最終降至21.38%。紅外掃描表明，發(fā)酵過程中各官能團振動強度減弱，發(fā)酵結(jié)束時，木質(zhì)素苯環(huán)骨架、紫丁香環(huán)及愈創(chuàng)木環(huán)振動峰增強。核磁共振表明，秸稈木質(zhì)素在厭氧降解過程中-OCH3以及β-O-4型結(jié)構(gòu)中的Cα、Cβ、Cγ含量逐漸減少，紫丁香環(huán)、愈創(chuàng)木環(huán)結(jié)構(gòu)部分被分解。掃描電鏡結(jié)果顯示：自發(fā)酵之日起，秸稈表面逐漸被破壞，纖維素骨架逐漸清晰，微生物在其內(nèi)部大量生長，最后使秸稈結(jié)構(gòu)斷裂。 （3）本文采用GC-MS對秸稈沼氣發(fā)酵液相產(chǎn)物進行了分析�？瞻讓φ战M豬糞中原本含有少量的乙苯、1，2，4-三甲基苯和1，6-二甲基-4-異丙基-萘。通過與秸稈混合發(fā)酵后，三者含量逐漸減少并基本消失，同時生成苯酚、鄰苯二酚、對甲基苯酚、苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸、間羥基苯甲酸、間羥基苯乙酸、間羥基苯丙酸這些芳香族化合物，和丙酸、丁酸、戊酸、己酸等揮發(fā)性脂肪酸。液相色譜分析結(jié)果表明：三種揮發(fā)性脂肪酸的含量，隨發(fā)酵時間的增加整體呈增大趨勢。苯酚含量在0.07～0.48mg/L之間變化。苯甲酸在發(fā)酵一周時，含量為0.0032mg/L，隨著發(fā)酵的進行，含量減少，低于檢測限。
【圖文】：

物降解纖維素和木質(zhì)素的研究進展生物降解纖維素的研究進展素是由 D-葡萄糖以 β-1，4 糖苷鍵結(jié)合而成的鏈狀高分子化合物（如構(gòu)導(dǎo)致其在常溫下不溶于水、稀酸和稀堿[8]，在自然條件下可緩慢 圖 1-1 纖維二糖結(jié)構(gòu)Fig.1-1 Disaccharide structure of cellulose

用等方法對沼液的成分與含量進行測定與研究，以期對沼液的處理。生物降解纖維素和木質(zhì)素的研究進展 微生物降解纖維素的研究進展維素是由 D-葡萄糖以 β-1，4 糖苷鍵結(jié)合而成的鏈狀高分子化合物結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其在常溫下不溶于水、稀酸和稀堿[8]，在自然條件下可緩
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S216.2;X172

【參考文獻】

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本文編號：2615581