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本文从木质纤维素厌氧消化产甲烷菌群的富集培养入手,研究了其厌氧消化油菜秸秆和黄姜废渣的诸多性质。后经分离、高温定向驯化和传代培养得到一组木质纤维素厌氧消化产甲烷复合菌群,并研究了其菌群性质和厌氧消化油菜秸秆不同木质纤维素装载量的诸多性质。 1.选用牛粪作为初始菌源,秸秆和打印纸作为碳源,猫粮作为氮源,富集培养木质纤维素厌氧消化产甲烷菌群。间隔7天从CSTR反应器中取出500 mL菌液,加入5 g秸秆,0.5 g猫粮和500 mL水。监测反应器上部温度、产气量和甲烷含量。结果表明,反应器上部温度始终保持在35℃左右;产气量在第64天达到最大值,为2200 mL;甲烷含量在第56天达到最大值,为79.23%。经过不断调整,CSTR反应器开始稳定的产气,甲烷含量也趋于稳定。 2.利用富集到的菌群,进行油菜秸秆厌氧消化产沼气性质的研究。监测厌氧发酵过程中的pH、甲烷含量和产气量,并对定时取出的发酵液样品,测定其纤维素酶活、木聚糖酶活和COD。结果表明,油菜秸秆在发酵菌群的作用下能够大量产生沼气,50 g干秸秆厌氧发酵后总产气量为13200 mL,产气效率达到264 mL沼气/g秸秆。在发酵过程中,秸秆木质纤维素被有效分解,纤维素酶活性和半纤维素酶活性分别达0.63 U/mL,0.81 U/mL。纤维素酶活性与沼气产量具有良好的相关性,相关性系数达到0.95。 3.利用自制厌氧装置研究两种不同菌源对分解黄姜废渣产沼气能力及性质,期间投入纤维素分解复合系 WDC2增加黄姜废渣纤维素的分解速度,并投入灭活的WDC2以消除其影响。监测实验过程中的,连续监测发酵体系的 pH、产气量和甲烷含量,并定时取发酵液样品,对样品的纤维素酶活、木聚糖酶活和COD进行测定,反应不同菌群厌氧消化黄姜废渣产沼气的诸多性质及产沼气效率。结果表明,黄姜废渣在产甲烷菌群的作用下均能生成大量沼气,最高日产气量为可达到2701 mL/d,最大产气效率为855 mL/g。酵母废水活性污泥具有更大的产气效率。加入WDC2菌群能显著提高厌氧消化的前期纤维素酶活力和木聚糖酶活力,最高酶活分别为达到1.22 U/mL和9.42 U/mL,但WDC2的加入并没有对发酵体系的产甲烷效率产生明显的促进作用。 4.对富集得到的菌液过滤,经50℃恒温定向驯化和传代培养得到一组木质纤维素厌氧消化产甲烷菌群。以该菌群为研究对象,通过比较在不同培养温度下菌群的酶活、pH值、滤纸减重得出菌群诸多性质,再经过厌氧消化滤纸测定菌群产甲烷能力。结果表明,菌群具有良好的调节pH能力和纤维素分解能力,发酵体系pH始终维持在6.4~7.1之间,纤维素酶活最高可达到0.133 U/ml。滤纸减重最高可达到1.36 g,分解率最高达到78%。测定甲烷实验中,甲烷含量最高时可达到67%,说明菌群具有产甲烷的能力;在测量酶活过程中,通过设定反应温度,反应时间的梯度来寻找最佳反应条件,发现在60℃~65℃范围内,反应时间30 min时测得酶活较高。 5.对不同油菜秸秆木质纤维素装载量厌氧消化产沼气的工艺性质进行研究,设置秸秆质量分数梯度0%、1%、5%、10%、15%和20%。连续监测发酵体系的pH、产气量和甲烷含量,并定时取发酵液样品,对样品的纤维素酶活、木聚糖酶活进行测定。结果表明,20%组日产气量、总产气量和平均日产气量均为最高,分别是3320 mL、29440 mL和354.70 mL/d,产气效率最高的是5%组,为342.2 g/mL。纤维素酶活和木聚糖酶活最高的均是15%组,分别为0.425 U/mL和4.74 U/mL。其中1%和10%组产气效率低,产气过程不稳定。而5%组产气速度快,厌氧发酵过程短,菌群在此固液比条件下能快速分解纤维素转化为甲烷。15%组和20%组近似于固态发酵,在前期产气慢,但后期产气量大、产气效率高,菌群在此固液比条件下均有较大的产气潜力,但发酵时间长。综合成本及发酵性质因素考虑,笔者认为5%组为油菜秸秆最佳投料浓度。