促进秸秆好氧发酵产热的菌种筛选与功能研究

来源 :曹永娜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joey_don
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我国北方农村冬季供暖以燃烧含氮、硫含量高的散煤为主,产生了大量的空气污染。将秸秆等生物质好氧发酵(堆肥)过程中产生的热量进行回收可以实现农村地区清洁供暖,同时可以解决北方大量秸秆被焚烧和遗弃问题。且发酵工艺简单,不受规模限制,因此这是一种适合农村的生态用能模式。传统的秸秆好氧发酵是以获得有机肥料为目的,对发酵速率要求不高,而以产热为主的好氧发酵需要秸秆快速氧化放热。发酵目标的变化需要强化秸秆的快速降解,但是,传统菌剂对木质纤维素为主要碳源的生物质分解效率较低。因此需要分离筛选促进木质纤维素降解的特定“产热菌剂”应用于好氧发酵产热研究中。本课题主要开展了包括秸秆好氧发酵启动菌和纤维素降解菌在内的“产热菌”的筛选和功能研究,主要研究结果和结论如下:依据北方秸秆好氧发酵产热需要低温启动、主发酵阶段功能菌群需要快速降解木质纤维素且要耐热的需求,本研究利用透明圈法、酶活力测定和限制性培养法从土壤和发酵秸秆中进行了纯菌和功能菌群的筛选。筛选出了两株淀粉降解菌、两株半纤维素降解菌和一株纤维素降解菌作为低温启动菌以及两株高效耐高温纤维素降解菌,以及耐热纤维素降解菌系。采用分子生物学鉴定出筛选到的菌株均为芽孢杆菌属(Bacillus),耐热纤维素降解菌系的主要由短芽孢杆菌(Brevibacillus borstelensis),根瘤菌属(Chelativorans composti)和嗜热脲杆菌(Ureibacillus thermophilus)等组成。这些菌株均在p H=4~10范围中生长良好。由低温启动菌和高效耐热纤维素降解菌组成的“产热菌”发酵20 d的产热量为2980.21 k J/kg(DM)。耐热纤维素降解菌系发酵20 d的产热量为2500.99k J/kg(DM)。为评价功能微生物在秸秆好氧发酵过程中的产热强化作用,开展了发酵工艺过程实验。启动菌剂可以在低温环境下迅速提高发酵温度,添加启动菌剂初始温度为10℃的发酵系统在32 h可达到最高温度44.1℃,而未加菌剂的对照组32 h达到的最高温度仅为34.3℃。产热菌剂可以有效提高好氧发酵过程中的产热能力。产热菌剂在发酵系统的最高温度为51.2℃,产热量为3104.57k J/kg;而没有添加菌剂的对照组最高温度仅为45.3℃,产热量约为菌剂组的1/3。
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