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生物质能源具有高效、清洁、可再生的特点,农业废弃物玉米秸秆是具有巨大开发潜力的生物质原料。利用玉米秸秆联产优质液体燃料乙醇和以甲烷为主要成分的重要气体燃料沼气,不仅能缓解燃烧秸秆引起的大气污染,更重要的是能够生产生物燃料。本试验采用亚临界水预处理玉米秸秆,水可溶部分利用厌氧污泥颗粒进行甲烷发酵,水不可溶部分利用克鲁维酵母进行乙醇发酵,然后将甲烷发酵后和乙醇发酵蒸馏后的残液回用,实现乙醇-甲烷的联产和废液的循环利用。同时采用高通量测序技术探索了厌氧污泥中微生物菌群变化。主要研究结果如下:1.利用亚临界水预处理玉米秸秆,在处理条件为190℃、0 min的条件下,两个实验组分别进行二十个循环批次。玉米秸秆的残渣得率稳定在65%左右,亚临界水预处理玉米秸秆,除去了部分半纤维素和木质素,纤维素的相对含量增加。2.采用相同的亚临界水预处理条件,将两个实验组各二十个循环批次所得预处理液和乙醇蒸馏后的残液合并,加入厌氧污泥颗粒进行甲烷发酵。通过产甲烷体积、发酵液pH、发酵前后发酵液中还原糖的量探索循环系统中甲烷发酵的规律:随着循环数的增加,甲烷体积减少,最后逐渐趋于稳定;发酵结束后,发酵液pH有所上升;甲烷发酵后,液体中还原糖含量大大降低。3.采用相同的亚临界水预处理条件,将所得残渣进行同时糖化发酵,酶解时间为24小时,利用克鲁维酵母进行乙醇发酵72小时,乙醇浓度为0.5%(v/v)。增加10FPU/g纤维素酶1.5L(Novo Nordisk A/S,Bagsvaerd,Denmark))后,乙醇浓度增加到0.8%(v/v),最高可达0.9%(v/v)。酶解24 h后葡萄糖的浓度在1.2%(v/v)左右,在酶解24 h后把酵母菌接种到发酵液中,酵母菌发酵24h后,酶解后的葡萄糖几乎被消耗完。各循环酵母菌菌落数较稳定,第一天,第二天生长旺盛,第三天有所下降,原因可能为发酵产生的乙醇的积累,阻碍了酵母菌的生长。4.选取甲烷发酵液中期循环的污泥与原始购买的厌氧污泥颗粒,进行污泥样品的16S V4区扩增子信息采集与分析,对其微生物菌群进行对比分析得出:各样品中优势菌群为拟杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门和变形菌门,循环中,产气的广古菌门丰富度下降,好气性的放线菌目丰富度增加,这与甲烷产气减少相符合。随着循环的增加,在发酵液环境选择压力下物种丰富度在下降,均匀度在提高,发酵液样品中微生物菌群整体较稳定,个别菌群多样性有所变化。