水稻秸秆不同工艺条件下发酵液作为底物的产絮效能研究

【摘要】：随着生物絮凝剂工业生产和应用的需求不断扩大,价格昂贵的培养基成为了制约其发展的关键因素,寻求廉价底物替代培养基具有十分重要的作用。本课题以牛粪沼液作为接种物,分别在好氧液态发酵反应器和厌氧干发酵反应器中对水稻秸秆进行发酵,将水稻秸秆不同工艺下的发酵液作为底物替代传统产絮菌培养基,通过对反应器运行过程中各参数的变化以及发酵液的产絮效果研究,寻求出一种贴近于自然的秸秆降解方法,及更易于工业大规模推广的复合型生物絮凝剂的制取方法。 以牛粪及沼液的混合物作为接种物,水稻秸秆为底物的好氧预处理过程进行了探讨,分析了好氧预处理过程中的微生物群落变化,认为好氧预处理过程后期富集驯化出一定数量的纤维素降解菌菌群,另外,推测系统中有新种出现。将富集驯化后的菌液投入到好氧液态发酵反应器,添加新鲜秸秆,反应器运行到120d时pH达到9.2左右。TOC在初期发酵阶段逐渐升高,两次添加接种物后均降低,随后逐渐升高,TN变化趋势同TOC,C/N维持在20:1左右。反应器运行稳定,实现了对水稻秸秆的有效降解。 以牛粪及沼液的混合物作为接种物,水稻秸秆为底物的厌氧干发酵过程进行了探讨,采用内循环喷淋的方式运行厌氧干发酵反应器,反应器运行稳定。发酵初期,pH值迅速下降,30d后pH值缓慢上升,反应器中部和下部pH值始终保持同趋势变化。厌氧干发酵过程没有出现丙酸积累现象,发酵类型为丁酸型发酵。厌氧发酵液中总有机碳(TOC)含量随时间增加,总氮(TN)含量随时间减少,120d后C/N比达到15:1。通过分析认为水稻秸秆中半纤维素和纤维素得到有效降解,木质素轻微降解,同时水稻秸秆结构中的分子内氢键被破坏,水稻结构发生明显改变。推测厌氧干发酵过程中的优势菌群为厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门微生物。 对不同工艺条件下的发酵液与传统产絮培养基配比形成的复合型产絮培养基产絮能力进行了探讨,好氧糖化液与传统产絮培养基最优配比为1:3,第67d和第109d的糖化发酵液与传统产絮培养基复合形成的复合型产絮培养基絮凝率较高;厌氧发酵液与传统产絮培养基最优配比为1:1,第100d的厌氧发酵液与传统产絮培养基复合形成的替代产絮培养基絮凝率最高,为92.45%,絮凝效果优于传统产絮培养基。厌氧干发酵反应器的发酵液与传统产絮培养基配比形成的复合型产絮培养基絮凝实验取得良好的絮凝效果原因可能有两点:一是厌氧发酵液复杂的成分为产絮菌提供了更丰富的底物;二是厌氧发酵液中存在的未被降解的木质素等组分在絮凝过程中对絮凝体的形成起到了促进作用。 【关键词】：水稻秸秆 好氧糖化发酵 厌氧干发酵 复合型产絮培养基
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题背景10
• 1.2 农业废弃物资源化利用现状10-17
• 1.2.1 秸秆类农业废弃物资源化利用现状11-15
• 1.2.2 禽畜粪便类农业废弃物资源化利用现状15-17
• 1.3 厌氧干发酵技术研究现状17-19
• 1.4 复合型生物絮凝剂研究现状19-20
• 1.5 课题研究目的及主要内容20-22
• 1.5.1 课题来源20
• 1.5.2 课题研究的目的20
• 1.5.3 课题研究的主要内容20-22
• 第2章 实验材料与实验方法22-30
• 2.1 实验材料及实验装置22-25
• 2.1.1 实验材料22
• 2.1.2 实验装置22-24
• 2.1.3 实验试剂24
• 2.1.4 实验用培养基24
• 2.1.5 实验仪器24-25
• 2.2 实验设计25-27
• 2.2.1 水稻秸秆好氧预处理实验25
• 2.2.2 好氧液态发酵反应器处理效能实验25-26
• 2.2.3 厌氧干发酵反应器处理效能实验26-27
• 2.2.4 两种不同工艺条件下发酵液的产絮能力研究27
• 2.3 分析方法27-30
• 2.3.1 总还原糖含量的测定27
• 2.3.2 葡萄糖标准曲线的绘制27-28
• 2.3.3 TOC、TN的测定28
• 2.3.4 挥发酸（VFAs）含量的测定28
• 2.3.5 水稻秸秆内部形态及降解前后成分的变化28
• 2.3.6 发酵液产絮能力的测定28-29
• 2.3.7 微生物群落结构分析29-30
• 第3章 好氧液态发酵反应器对水稻秸秆的处理效能30-42
• 3.1 水稻秸秆的好氧预处理31-37
• 3.1.1 不同预处理时期水稻秸秆形态的变化31-33
• 3.1.2 不同预处理时期群落结构解析33-37
• 3.2 不同时期好氧液态发酵反应器内pH值的变化37-38
• 3.3 不同时期好氧液态发酵反应器内TOC、TN的变化38-40
• 3.4 不同时期好氧液态发酵反应器内水稻秸秆成分的变化40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 厌氧干发酵反应器对水稻秸秆的处理效能42-55
• 4.1 不同时期厌氧干发酵反应器内pH值的变化43-44
• 4.2 不同时期厌氧干发酵反应器内挥发酸含量（VFAs）的变化44-46
• 4.3 不同时期厌氧干发酵反应器内TOC、TN的变化46-47
• 4.4 不同时期厌氧干发酵反应器内水稻秸秆组分的变化47-48
• 4.5 不同时期厌氧干发酵反应器内水稻秸秆形态的变化48-49
• 4.6 不同时期厌氧干发酵反应器内群落结构解析49-53
• 4.7 本章小结53-55
• 第5章 不同工艺条件下发酵液的产絮能力研究55-66
• 5.1 好氧发酵液的产絮能力研究55-58
• 5.1.1 不同时期好氧液态发酵反应器内总还原糖含量的变化55-56
• 5.1.2 好氧复合型产絮培养基最优配比的选择56-57
• 5.1.3 不同时期好氧发酵液在最优配比下的产絮能力比较57-58
• 5.1.4 产絮菌在好氧最优复合型产絮培养基中的生长情况58
• 5.2 厌氧发酵液的产絮能力研究58-63
• 5.2.1 不同时期厌氧干发酵反应器内总还原糖含量的变化59
• 5.2.2 厌氧复合型产絮培养基最优配比的选择59-60
• 5.2.3 不同时期厌氧发酵液在最优配比下的产絮能力研究60-62
• 5.2.4 产絮菌在厌氧复合型产絮培养基中的生长情况62-63
• 5.3 不同工艺条件下发酵液的产絮能力比较与探讨63-65
• 5.3.1 两种复合型产絮培养基最优配比选择的对比63-64
• 5.3.2 两种复合型产絮培养基絮凝效果的对比64
• 5.3.3 两种复合型产絮培养基产絮能力的对比64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-74
• 攻读学位期间发表的学术论文74-76
• 致谢76

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