【摘要】：沼氣是一種可再生的清潔能源，在我國(guó)北方地區(qū)，由于冬季漫長(zhǎng)寒冷，沼氣的生產(chǎn)存在發(fā)酵過(guò)程中過(guò)度酸化和產(chǎn)氣率低等問(wèn)題。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文運(yùn)用傳統(tǒng)微生物學(xué)、現(xiàn)代分子生態(tài)學(xué)和生物學(xué)技術(shù)手段，從新鮮沼液中分離純化出一株產(chǎn)丁酸的梭菌芽孢桿菌（Clostridium），并將其擴(kuò)大培養(yǎng)后轉(zhuǎn)接至厭氧發(fā)酵體系使之成為優(yōu)勢(shì)菌群，通過(guò)丁酸梭菌預(yù)發(fā)酵處理，將水解發(fā)酵階段的產(chǎn)物控制為以丁酸為主的混合物，進(jìn)而達(dá)到提高體系產(chǎn)沼氣速率和產(chǎn)沼氣量的目的。 （1）通過(guò)亨蓋特厭氧操作技術(shù)，將沼液中的微生物富集培養(yǎng)，特異性地分離、篩選出1株梭狀芽孢桿菌，并進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，包括碳源實(shí)驗(yàn)、吲哚反應(yīng)、明膠液化和淀粉水解等生理生化實(shí)驗(yàn)以及16S rDNA序列分析鑒定其為丁酸梭狀芽孢桿菌。 （2）通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，研究了初始pH值、發(fā)酵時(shí)間、培養(yǎng)溫度、接種量、碳源和氮源對(duì)丁酸梭菌擴(kuò)大培養(yǎng)的影響。優(yōu)化出最佳條件為：初始pH值為8.0，培養(yǎng)溫度為37.0℃，接種量為5.0%。發(fā)酵培養(yǎng)基配方為：胰蛋白胨10g/L，碳酸氫氨10g/L，葡萄糖10g/L，鹽溶液40ml，半胱氨酸0.5g/L，刃天青0.5ml/L(0.1%)，配置過(guò)程中嚴(yán)格厭氧。 （3）建立并優(yōu)化實(shí)時(shí)熒光定量PCR（Real-time Quantitative PCR）方法，監(jiān)測(cè)沼氣發(fā)酵過(guò)程中丁酸梭菌的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。以定量的10倍梯度稀釋的標(biāo)準(zhǔn)品為模板進(jìn)行擴(kuò)增和標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立。結(jié)果顯示各濃度標(biāo)準(zhǔn)品的擴(kuò)增曲線間呈現(xiàn)良好的梯度分布，標(biāo)準(zhǔn)曲線的Ct值和起始模板拷貝數(shù)在1.9×101~1.9×106�？截愰g具有良好的線性關(guān)系，線性回歸方程函數(shù)表達(dá)式為Y=－3.56X+57.55（代表起始模板拷貝數(shù)的對(duì)數(shù)，Y代表Ct值），且Ct值與起始模板的拷貝數(shù)的相關(guān)性為0.997。通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，體系內(nèi)丁酸梭菌數(shù)量動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與丁酸產(chǎn)量的變化趨勢(shì)相吻合。 （4）以豬糞為發(fā)酵基質(zhì)，用丁酸梭菌對(duì)豬糞進(jìn)行預(yù)發(fā)酵，，提高沼氣發(fā)酵產(chǎn)酸階段的丁酸含量，降低丙酸含量。采用Plackett-Burman（P-B）試驗(yàn)確定丁酸發(fā)酵過(guò)程中的顯著因素，采用中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)（CCD）優(yōu)化丁酸預(yù)發(fā)酵條件。結(jié)果表明最佳的發(fā)酵條件為：含水率、培養(yǎng)時(shí)間和溫度分別為62.04%、27.22h和37.13℃。在優(yōu)化出的最佳的條件下，丁酸的實(shí)際發(fā)酵產(chǎn)量達(dá)到21.13g/kg，利用數(shù)學(xué)模型模擬得知最佳丁酸產(chǎn)量為21.55g/kg，說(shuō)明利用響應(yīng)曲面法優(yōu)化豬糞的丁酸預(yù)發(fā)酵是有效的。 （5）以優(yōu)化后的丁酸預(yù)發(fā)酵條件進(jìn)行沼氣發(fā)酵，其沼氣產(chǎn)量比未經(jīng)預(yù)發(fā)酵的對(duì)照相比，沼氣產(chǎn)氣量提高19.02%。
【圖文】：

Y 為響應(yīng)值；Xi，Xj 為變量；β0,βi,βii,βij 分別為常方項(xiàng)系數(shù)、交互作用項(xiàng)系數(shù)。 STATISTICA 10.0 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行變量分析（ANOVA）和多項(xiàng)式方程繪制出響應(yīng)曲面圖和等高線圖，以期得出最佳果與討論發(fā)酸標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)曲線酸、丙酸、丁酸（色譜級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)樣品按梯度稀釋，如 5.1.件下進(jìn)樣，以進(jìn)樣濃度為橫坐標(biāo)，以峰面積值為縱坐標(biāo)，得如圖 5-1（a、b、c）所示，乙酸的線性方程為 Y=13509x+5 Y=13130x+4183.1，丁酸的線性方程為 Y=12807x+4507。01 1 1n n ni i ii i ij i ji i i jY X X X Y
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：S216.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王榮選;;啤酒工業(yè)廢水處理的應(yīng)用研究[J];啤酒科技;2001年04期

2 李興杰;沼氣發(fā)酵[J];生物學(xué)通報(bào);1999年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 郭亮;污水廠剩余污泥水解及其厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫技術(shù)研究[D];湖南大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2641725