纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响研究.docx
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纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响研究
密级
公开
本科生毕业(学位)论文
纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响研究
冉孟飞
(2005101204)
指导教师姓名:
邓功成
职称:
教授
单位:
生命科学系
专业名称:
生物科学
论文提交日期:
2009年4月15日
论文答辩日期:
2009年4月25日
学位授予单位:
黔南民族师范学院
答辩委员会主席:
论文评阅人:
2009年月日
目录
Content
摘要..........................................................1
英文摘要......................................................1
引言..........................................................1
1、材料-4-
1.1供试菌种-4-
1.2发酵原料-4-
1.3试验药品及仪器设备-4-
1.4发酵装置-4-
2方法-5-
2.1发酵液的配制-5-
2.2试验设计-5-
2.3测试项目与方法-6-
3.结果与分析-6-
3.1QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉对产气量的影响-6-
3.2WXI纤维素复合菌处理麦秆对产气量的影响-10-
3.3QN-1厌氧纤维素菌处理玉米粉对产气量的影响-13-
4结论-16-
参考文献:
-16-
纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响研究
潘文进
2005101205
(黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀邮编558000)
摘要:
以鲜猪粪和稻草、麦秆、玉米杆为原料,探讨在不同秸秆与猪粪组成的发酵体系中,加入纤维素菌对产气特性的影响。
采用批量发酵方法,研究12个处理(1:
QN-2纤维素菌浸泡稻草进行厌氧发酵;2:
QN-2纤维素菌湿润稻草进行厌氧发酵;3:
WXI-纤维素菌浸泡麦秆进行厌氧发酵;4:
WXI纤维素菌湿润麦秆进行厌氧发酵;5:
QN-1纤维素菌浸泡玉米杆进行厌氧发酵;6:
QN-1纤维素菌湿润玉米杆进行厌氧发酵。
7:
对上述秸秆用清水浸泡或湿润处理发酵)对厌氧发酵沼气产气量、产气特性的影响。
实验结果表明。
QN-2纤维素菌浸泡3天处理的稻草发酵启动最快,日产气最高,达4415mL;WXI-纤维素菌浸泡3天处理的麦秆发酵总产气量最多,达118405mL,日平均产气量也最大,达1301ml/d;QN-2纤维素菌湿润处理的稻草发酵TS产气量最高,达373ml/g;此外,各种处理的秸秆发酵所产沼气的CH4含量都比较高,且差异不明显。
关键词:
纤维素菌不同秸秆厌氧发酵沼气产量
researchontheeffectThecellulosefungusprocessingdifferentstrawstalktoproducethespirittheinfluence
PanWenjin
05101205
(LifeandSciencedepartment,QianNormaluniversityforNationnalities,DuyunCity,Guizhou558000)
Abstract:
Toinvestigatethestrawandmanureindifferentcompositionofthefermentationsystem,addcellulosebacteriaontheimpactofgasproductioncharacteristics.[Methods]freshpigmanureandricestraw,wheatstraw,cornasrawmaterial,batchfermentationmethodsusedtostudy12treatment(1:
QN-2soakedstrawcellulosebacteriatoanaerobicfermentation;2:
QN-2cellulosebacteriacarryoutanaerobicfermentationmoiststraw;3:
WXI-soakedstrawcellulosebacteriacarryoutanaerobicfermentation;4:
WXImoiststrawcellulosebacteriatocarryoutanaerobicfermentation;5:
QN-1cellulosebacteriasoakedcorntodislikeoxygenfermentation;6:
QN-1cellulosebacteriahumidanaerobicfermentationofcorn.7:
ontheabovestrawsoakedwithwaterormoistfermentationtreatment)ontheanaerobicfermentationofmethanegasproduction,gasproductioncharacteristics.Theexperimentalresultsshowthat.QN-2cellulosebacteriasoakingthericestrawtreatmentthreedaystostartfermentationfastest,thehighestpeakdaygasproduction,amountingto4415mL;WXI-cellulosebacteriathreedaysofimmersiontreatmentofstrawfermentationthetotalgasproductionupto,Tatsu118405mL.WhilethetreatmentofstrawproducedbyfermentationofCH4methanecontenthigher,andthedifferencewasnotobvious
Keywords:
CellulosefungusstrawstalkFermentationMethaneoutput
中国是农业大国,农作物秸秆资源拥有量居世界首位,年产稻秸达6.4亿t大量秸秆露天焚烧不但造成极大的资源浪费,而且带来严重的大气污染。
而作为农用燃料,燃烧效率极低,使用的热效率仅为10%~3O%,如果1kg秸秆转化为沼气燃烧可使秸秆的有效热值提高到64%。
因此,研究适用的方法处理利用秸秆,实现其资源化,将成为缓解当今中国面临的资源、能源、环境危机的重要途径之一。
利用秸秆发酵产生沼气是一个很有实效的办法,现在已在农村得到广泛应用,但是,在沼气的实际生产中存在一些普遍问题,表现为沼气发酵原料得不到充分利用,实际沼气转换率(原料利用率)较低,发酵原料的产气潜力得不到充分利用而被浪费。
因此,提高沼气池发酵原料的利用率及沼气率是非常必要的。
选题研究纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响,目的就是在同等条件下检验分离的纤维素菌对不同秸秆的分解能力,探索使用该菌对沼气产量的促进作用。
看哪种秸秆的产气量高,从而找到产气量高而稳定的秸秆作为沼气发酵原料,以提高沼气产气量和发酵原料的利用率。
1、材料
1.1供试菌种
QN-1厌氧纤维素菌(稻草分离)、QN-2厌氧纤维素菌(麦草分离)、WXI纤维素复合菌(成都沼科所引进)由学院生命科学系微生物实验室提供。
1.2发酵原料
发酵原料为老沼液、鲜猪粪(取自都匀黔隆蔬果基地开发有限公司优质猪养殖场)、农作物稻草、麦秆、玉米秆粉(均取自都匀市杨柳街镇)。
1.3试验药品及仪器设备
1.3.1试验药品
KOH、食盐、蒸馏水、清水。
1.3.2仪器设备
集气瓶、发酵瓶、橡胶塞、橡皮管、1mL蓝芯针管、注射针头、血清瓶或带胶塞的50mL细瓶、1000mL量筒、药物天平、台秤、烧杯、温度计、pH精密试纸。
1.4发酵装置
沼气发酵装置如图1。
图1中的发酵瓶和集气瓶均用橡胶皮塞密封,各瓶间用玻璃管套上橡皮连通。
必须注意发酵装置的各个接头处不得漏气。
图1纤维素菌处理不同秸秆的厌氧发酵装置
2方法
2.1发酵液的配制
按1:
1:
1的比例,将老沼液20㎏,鲜猪粪20㎏,水20㎏,置于大塑料缸充分混匀后,分装于5000mL蒸馏水瓶中,每瓶装料2500mL,2天后(9月9日),按设计加入处理秸秆粉100g,充分混匀,常温下进行发酵。
2.2试验设计
2.2.1QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉对产气量的影响
试验设:
a:
QN-2厌氧纤维素菌(麦草分离)20mL,加清水稀释10倍浸泡100g稻草粉,第3天(9月12日)加入发酵瓶;
b:
QN-2厌氧纤维素菌(麦草分离)20mL,加清水稀释10倍浸泡100g稻草粉,第5天(9月14日)加入发酵瓶;
c:
:
QN-2厌氧纤维素菌(麦草分离)20mL,加清水稀释10倍湿润100g稻草粉后直接(9月9日)加入发酵瓶;(9月14日)加入清水250mL。
d:
:
QN-2厌氧纤维素菌(麦草分离)20mL,加清水稀释10倍湿润100g稻草粉后直接(9月9日)加入发酵瓶;(9月14日)加入清水250mL。
e:
清水200mL浸泡100g稻草粉第3天(9月12日)加入发酵瓶;
f:
清水200mL浸泡100g稻草粉第5天(9月14日)加入发酵瓶;
g:
清水200mL湿润100g稻草粉后直接(9月9日)加入发酵瓶。
(9月14日)加入清水250mL。
h:
清水200mL湿润100g稻草粉后直接(9月9日)加入发酵瓶。
(9月14日)加入清水250mL。
2.2.2WXI纤维素复合菌处理麦秆对产气量的影响
a:
WXI纤维素复合菌20mL加清水稀释10倍浸泡100g麦秆粉第3天(9月12日)加入发酵瓶;
b:
WXI纤维素复合菌20mL加清水稀释10倍浸泡100g麦秆粉第5天(9月14日)加入发酵瓶;
c:
WXI纤维素复合菌20mL加清水稀释10倍湿润100g麦秆粉后直接(9月9日)加入发酵瓶;(9月14日)加入清水250mL。
d:
WXI纤维素复合菌20mL加清水稀释10倍湿润100g麦秆粉后直接(9月9日)加入发酵瓶;(9月14日)加入清水250mL。
e:
清水200mL浸泡100g麦秆粉第3天(9月12日)加入发酵瓶;
f:
清水200mL浸泡100g麦秆粉第5天(9月14日)加入发酵瓶;
g:
清水200mL湿润100g麦秆粉后直接(9月9日)加入发酵瓶。
(9月14日)加入清水250mL。
h:
清水200mL湿润100g麦秆粉后直接(9月9日)加入发酵瓶。
(9月14日)加入清水250mL。
2.2.3QN-1厌氧纤维素菌处理玉米粉对产气量的影响
a:
QN-1厌氧纤维素菌20mL,加清水稀释10倍浸泡100g玉米秆粉第3天(9月12日)加入发酵瓶;
b:
QN-1厌氧纤维素菌20mL,加清水稀释10倍浸泡100g玉米秆粉第5天(9月14日)加入发酵瓶;
c:
QN-1厌氧纤维素菌20mL,加清水稀释10倍湿润100g玉米秆粉后直接(9月9日)加入发酵瓶;(9月14日)加入清水250mL。
d:
QN-1厌氧纤维素菌20mL,加清水稀释10倍湿润100g玉米秆粉后直接(9月9日)加入发酵瓶;(9月14日)加入清水250mL。
e:
清水200mL浸泡100g玉米秆粉第3天(9月12)加入发酵瓶;
f:
清水200mL浸泡100g玉米秆粉第5天(9月14)加入发酵瓶;
g:
清水200mL湿润100g玉米秆粉后直接(9月9日)加入发酵瓶。
(9月14日)加入清水250mL。
h:
清水200mL湿润100g玉米秆粉后直(9月9日)接加入发酵瓶。
(9月14日)加入清水250mL。
2.3测试项目与方法
产气量测定:
从次日起采用排水集气法测定并记载每日产气量及室内温度。
吸收法[1]测甲烷含量:
用1mL蓝芯注射器,装上5号注射针头,用清水清洗至中性,再吸入饱和食盐水清洗2-3次,在排除食盐水后保持注射器内无空气,然后针头向上,插入沼气塑料导管内,抽动注射器管芯,抽取沼气大于1mL,迅速抽出针头并朝上,精确定容沼气为1mL。
将针头从胶塞处插入盛有33%KOH溶液的血清瓶中,微微抽动注射器管芯使KOH溶液被抽吸到针管内,此时KOH在针管内吸收沼气中的CO2,当针管内气体容积稳定时,立即记录下气体减少的读数,气体减少的体积即为CO2气体的体积,以百分数表示,剩下的气体即为CH4气体的近似百分含量。
CO2%含量=注射器读数×100%
CH4%(近似含量)=(1-CO2%含量)×100%[1]。
用此方法每5天测甲烷含量。
测完甲烷后并用pH精密试纸测定发酵液的酸碱度。
3.结果与分析
3.1QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉对产气量的影响
3.1.1QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉对发酵启动的影响
沼气发酵从进料开始,到能够正常而稳定地产气过程称为沼气发酵的启动。
试验结果表明(如图2),QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉发酵都能较快启动。
发酵第二就开始产气,产气量在1000~2000mL/2500mL发酵液之间,除QN-2厌氧纤维素菌湿润处理稻草粉外,其他处理的发酵都在第四天出现一个产气高峰,其中QN-2厌氧纤维素菌浸泡3天处理稻草粉的发酵启动最快,第四天的高峰值达4300mL,其余处理的发酵启动相差大,高峰值在3000~3600mL/2500mL发酵液之间,而湿润重复处理和清水湿润处理的发酵启动最慢,到第7~8天才出现产气高峰,峰值为3000mL/2500mL发酵液左右。
由图2可以看出,发酵初期,不同处理的秸秆,发酵启动快慢不相同。
基于浸泡处理与湿润处理的秸秆来说,浸泡处理的启动要快于湿润处理的启动速度,由于多种厌氧和兼性厌氧细菌对秸秆的纤维素、糖类、蛋白质、脂类进行水解需要一定的时间,并且秸秆较多则含水量少,发酵原料不易分解,并容易积累大量的酸性物质,不利于沼气菌的生长和繁殖,影响正常产气。
所以说浸泡处理的产气启动速度要比湿润处理的产气速度快。
但相对于相同处理的不同秸秆来说,相比之下稻草的发酵启动速度快于麦秆的发酵启动速度,麦秆的发酵启动速度快于玉米秆的发酵启动速度,玉米秆湿润处理的发酵启动最慢。
3.1.2QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉对产气量的影响
纤维素菌处理不同秸秆对产气量的影响较明显。
由沼气的日产气量变化曲线(图3)可看出,各处理的秸秆发酵都在第7~10天出现一个产气高峰,其中清水浸泡5天处理的秸秆发酵高峰值最大,日产气量达5020mL,其次是QN-2厌氧纤维素菌浸泡3天处理的秸秆发酵,高峰值达4415mL/2500mL发酵液,再次是浸泡5天处理的秸秆,高峰值日产气量达3900mL/2500mL发酵液,其他处理的高峰产气量相差不大,在2500~3500mL/2500mL发酵液之间,高峰过后下滑到1000~2000mL/2500mL发酵液之间的日产气量平稳产气。
直到60天后产气量开始持续下降。
总体来说,清水浸泡5天处理的日产气量最高,波动也较大,有几个突显性的小高峰,其次是浸泡3天处理的日产气量,产气较为平稳。
经过90天的发酵,各种处理的秸秆发酵总产气量如图4,从图4可以看出,QN-2厌氧纤维素菌浸泡3天处理的秸秆发酵总产气量最高,达112405mL/2500mL,其次是浸泡5天处理和清水浸泡5天处理以及清水湿润重复处理的秸秆发酵,总产气量在90000~95000mL/2500mL之间,各处理的总产气量相差不大。
而QN-2厌氧纤维素菌湿润处理的秸秆发酵总产气量最低,为69450mL/2500mL。
和清水湿润处理的总产气量相近。
3.1.3QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉对日均产气量及TS产气量的影响
表1QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉的日均产气量方差分析结果
变异来源
df
ss
s2
F
F0.05
F0.01
处理
3
131.05
43.69
1.81
2.39
4.19
误差
4
96.37
24.09
总变异
7
227.43
表2QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉的TS产气量方差分析结果
变异来源
df
ss
S2
F
F0.05
F0.01
处理
3
8.67
2.98
3.28#
2.39
4.19
误差
4
3.53
0.88
总变异
7
12.20
经F值检验,方差分析结果表明各处理间的日平均产气量无显著差异;各处理间的TS产气量存在显著差异。
对TS产气量进行统计分析(表1),方差分析结果表明,各处理间的产气量无显著性差异,原因在于试验重复次数太少了.
表3QN-2处理稻草对TS产气量的影响
处理
TS产气量
(L/g)
LSR0.05
LSR0.01
QN-2浸泡
0.305
a
A
清水浸泡
0.271
a
A
QN-2湿润
0.256
a
A
清水湿润
0.215
a
A
但从数据上分析,浸泡处理的稻草发酵要比湿润处理的发酵产气量高,QN-2厌氧纤维素菌处理的稻草发酵日平均产气量可达1143mL,其次是清水浸泡处理,日平均产气量为1130mL,其TS产气量分别为0.305L/g和0.271L/g.
3.1.4QN-2厌氧纤维素菌处理稻草粉对CH4含量的影响
由图5看出,各种处理的稻草发酵CH4含量相差不明显,第一次测量时,CH4含量都比较低,在40%~52%之间,之后CH4含量持续上升,值到第4次测量,也就是发酵20天以后,CH4含量稳定在68%~72%之间,以上分析表明:
各种处理发酵对CH4含量影响不大。
3.2WXI纤维素复合菌处理麦秆对产气量的影响
3.2.1WXI纤维素复合菌处理麦秆对发酵启动的影响
试验结果表明(如图6),各种不同处理的麦秆都能启动,其中,WXI纤维素复合菌浸泡3天处理的麦秆发酵启动最快,发酵第1d产气量达1030mL,之后持续上升,第4d出现一个产气高峰,日产气达4000mL,然后呈较高态势小波动产气。
其次是WXI纤维素复合菌浸泡5天处理的麦秆发酵,但其产气高峰值较低,为2580mL,产气也较为稳定。
而清水浸泡处理的麦秆发酵产气波动比较大,没有明显的高峰期;相对来说,湿润处理的麦秆发酵要比浸泡处理的慢,也没有产气高峰,产气量也比较低。
3.2.2WXI纤维素复合菌处理麦秆对产气量的影响
WXI纤维素复合菌处理麦秆对产气量的影响比较明显,由日产气量变化曲线(图6)可看出,WXI纤维素复合菌浸泡3天处理的麦秆发酵,在第4~10d出现一个产气高峰,日产气量大,在3000mL~4000mL/2500mL之间;然后下滑到日产气量1500mL/2500mL左右较平稳产气;60d过后产气量开始下滑。
其余处理的麦秆发酵产气量相差不大,高峰期均在第5~15天,日产气量在2000~3000mL/2500mL之间,第20~0d产气较为平稳,60d过后产气量呈下滑趋势。
各处理均在第52d出现一个突显高峰,最高峰值是WXI纤维素复合菌浸泡3天处理的麦秆发酵,达3460mL/2500mL,其次是清水浸泡3天处理的麦秆发酵,峰值为2900mL/2500mL,其他的处理差异不明显。
三个月的发酵总产气量(如图4),WXI纤维素复合菌浸泡3天处理的麦秆发酵总产气量最高,达118405mL/2500mL,其次是浸泡5天的麦秆发酵和湿润处理的麦秆发酵以及清水浸泡3天处理的麦秆发酵,总产气量相差不大,都在80000mL/2500mL以上;而其余处理的麦秆发酵总产气量则较低,最低的是清水湿润处理的麦秆发酵,90d的总产气量仅为58765mL/2500mL.
3.2.3WXI纤维素复合菌处理麦秆对日平均产气量和TS产气量的影响
表4WXI纤维素复合菌处理麦秆的日平均产气量方差分析结果
变异来源
df
ss
S2
F
F0.05
F0.01
处理
3
164.83
86.86
6.23※
2.39
4.19
误差
4
55.79
13.95
总变异
7
260.62
表5WXI纤维素复合菌处理麦秆TS产气量方差分析结果
变异来源
df
ss
S2
F
F0.05
F0.01
处理
3
11.31
3.47
1.70
2.39
4.19
误差
4
8.15
2.04
总变异
7
19.46
经F检验,表明各处理间的日平均产气量存在显著差异;而各处理间的TS产气量无显著差异。
对日平均产气量进行统计分析(表2),方差分析结果表明,各处理间的产气量无显著性差异,原因在于试验重复次数太少了。
表6WXI纤维素复合菌处理麦秆对日平均产气量的影响
处理
日均产气量(L/2500mL)
LSR0.05
LSR0.01
WXI浸泡
1.122
a
A
WXI湿润
0.865
a
A
清水浸泡
0.839
a
A
清水湿润
0.731
a
A
但从数据上分析,WXI纤维素复合菌处理的麦秆发酵要比清水处理的麦秆发酵产气量高,WXI厌氧纤维素菌浸泡处理的麦秆发酵日平均产气量可达1122mL,其次是WXI纤维素复合菌湿润处理的麦秆发酵,日平均产气量为865mL,其TS产气量分别为0.307L/g和0.2361L/g。
3.2.4WXI纤维素复合菌处理麦秆对CH4含量的影响
试验表明,不同处理的麦秆发酵对CH4的影响差异不大,由图8可以看出,除浸泡5天处理的麦秆发酵和清水湿润处理的麦秆发酵的CH4含量较高外,其余处理的麦秆发酵的CH4含量较低,在38%~47%之间,且呈上升趋势,到第4次测量时,也就是发酵20以后,各种处理的麦秆发酵CH4含量无明显差异,在70%左右呈稳定状态。
到第13次测量,各种处理发酵的CH4含量呈现一个小高峰,峰值都在70%以上,然后又回落至稳态。
3.3QN-1厌氧纤维素菌处理玉米粉对产气量的影响
3.3.1QN-1厌氧纤维素菌处理玉米粉对发酵启动的影响
试验结果(如图9)表明,QN-1厌氧纤维素菌处理玉米粉的发酵启动比较慢,发酵第一天产气都在1000mL以下,第四天出现一个产气高峰,其中,清水浸泡5天的峰值最高,日产气量达3000mL,其产气波动性也较大,第10天出现第二次产量高峰,峰值达3830mL/2500mL;QN-1厌氧纤维素菌浸泡3天和5天处理的峰值较低,但高峰过后呈较高态势产气,QN-1厌氧纤维素菌浸泡3天处理的玉米粉发酵也在第10天出现第二次高峰,相对来说其产气波动比较小,而QN-1厌氧纤维素菌湿润处理和清水湿润处理的高峰过后,产气量较低,在1000mL左右较平稳产气;清水浸泡5天处理的玉米粉发酵较为特殊,发酵前3
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- 纤维素 处理 不同 秸秆 气量 影响 研究