本文選題：玉米秸稈 + 沼氣發(fā)酵��； 參考：《黑龍江八一農(nóng)墾大學》2017年碩士論文

【摘要】：我國玉米秸稈產(chǎn)量巨大但資源化利用程度低。以秸稈為原料的沼氣發(fā)酵工藝產(chǎn)氣率不高。本研究通過優(yōu)化玉米秸稈沼氣發(fā)酵的氮源種類和濃度,提高秸稈沼氣發(fā)酵的產(chǎn)氣量。通過分析發(fā)酵料液中微生物多樣性和豐度變化規(guī)律,從微生物學角度揭示氮源對玉米秸稈沼氣發(fā)酵效率的影響。本研究以玉米秸稈為沼氣發(fā)酵原料,選擇有機氮源尿素和無機氮源硝酸銨為外加氮源,添加濃度分別為0 g/L(對照)、1 g/L、2 g/L、4 g/L進行批次試驗,發(fā)酵時間30d。試驗結(jié)果表明,氮源添加尿素1 g/L的處理產(chǎn)甲烷效率最高,TS甲烷產(chǎn)率為217.5 m L/g。選取添加尿素1 g/L這一濃度在25L反應器中進行連續(xù)進料的玉米秸稈沼氣發(fā)酵試驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn):加尿素的處理的TS甲烷產(chǎn)率顯著高于不加氮的對照,而且產(chǎn)氣高峰更加提前。加氮較不加氮處理能顯著提高纖維素和半纖維素的降解率,但木質(zhì)素降解率差異性不顯著。利用高通量測序技術(shù)研究玉米秸稈沼氣發(fā)酵樣品中微生物多樣性及其變化規(guī)律,結(jié)果表明,氮素添加能夠顯著影響發(fā)酵料液中細菌多樣性,但沒有顯著影響古菌多樣性。氮素添加能夠顯著影響細菌和古菌的菌群豐度。在各發(fā)酵時期的樣品中,細菌優(yōu)勢菌群(菌群豐度大于9%)有Bacteroidetes(擬桿菌門)(22.5%-43.4%)、Firmicutes(厚壁菌門)(18.1%-36.6%)、Spirochaetes(螺旋菌門)(5.2%-14.1%)、Proteobacteria(變形菌門)(2.2%-11.1%)、Chloroflexi(綠彎菌門)(0.7%-9.1%)等。在發(fā)酵初期(10d),添加氮處理Bacteroidetes的數(shù)量低于對照,所有處理Spirochaetes的數(shù)量高于對照。在屬水平上,各發(fā)酵時期菌屬組成均不相同。各發(fā)酵時期料液中優(yōu)勢古菌類群(菌群豐度大于4%)有Methanosaeta(甲烷鬃毛菌)(36.7%-68.7%)、Methanoculleus(甲烷囊菌屬)(3.8%-16.2%)、Methanospirillum(甲烷螺菌屬)(5.2%-9.2%)、Methanobacterium(甲烷桿菌屬)(1.5%-14.3%)和Methanosarcina(甲烷八疊球菌屬)(0.6%-4.9%)。發(fā)酵初期(10d),添加氮處理的Methanosaeta數(shù)量低于對照,處理的Methanoculleus的數(shù)量高于對照。隨著發(fā)酵的進行,對照的Methanobacterium豐度逐漸提升。細菌比古菌表現(xiàn)出更加復雜的多樣性。選取氮素添加量為1 g/L的處理發(fā)酵初期樣品進行宏基因組學研究,結(jié)果共獲得72.37%的細菌和18.52%的古菌注釋序列,其中的優(yōu)勢菌群主要參與脂肪、蛋白質(zhì)和纖維素等大分子有機物降解。功能基因注釋結(jié)果表明體系內(nèi)存在食氫和食乙酸兩種產(chǎn)甲烷途徑,其中食氫產(chǎn)甲烷途徑占據(jù)主導地位。注釋到的Sphaerochaeta在體系中大量存在,揭示其在玉米秸稈降解產(chǎn)甲烷環(huán)境中具有重要作用。綜上所述,以玉米秸稈為原料的沼氣發(fā)酵時,適當?shù)奶砑拥茨軌蝻@著提高玉米秸稈的TS甲烷產(chǎn)率;氮素添加能夠顯著影響發(fā)酵料液中細菌組成多樣性,但沒有顯著影響古菌組成多樣性,且能夠顯著影響細菌和古菌的菌群豐度;通過研究不同氮源及濃度對玉米秸稈沼氣發(fā)酵的影響,能為提高玉米秸稈甲烷產(chǎn)率,提高秸稈類生物質(zhì)資源化利用提供理論指導。
[Abstract]:The yield of corn stalks in China is huge but the utilization of resources is low. The biogas production rate of the biogas fermentation process with straw as raw material is not high. This study improves the biomass of straw biogas fermentation by optimizing the variety and concentration of nitrogen source of the corn straw biogas fermentation. The study revealed the effect of nitrogen source on the efficiency of corn straw biogas fermentation. This study took corn straw as the biogas fermentation material, selected the organic nitrogen source urea and the inorganic nitrogen source ammonium nitrate as the external nitrogen source. The addition concentration was 0 g/L (control), 1 g/L, 2 g/L, 4 g/L for batch test. The fermentation time 30D. test results showed that the nitrogen source added urea 1. The methanogenic efficiency of g/L was the highest, the yield of TS methane was 217.5 m L/g. and the concentration of 1 g/L added urea was selected as a continuous feed of corn straw biogas fermentation in 25L reactor. The results showed that the methane yield of TS treated with urea was significantly higher than that of non nitrogen control, and the peak of gas production was more advanced. The degradation rate of cellulose and hemicellulose could be significantly improved, but the difference of lignin degradation rate was not significant. The microbial diversity and its variation in the corn straw biogas fermentation samples were studied by high throughput sequencing. The results showed that the nitrogen addition could significantly affect the diversity of bacteria in the fermentation broth, but there was no significant influence on the ancient times. Microbial diversity. Nitrogen addition can significantly affect the abundance of bacterial and paleobacteria. In the fermentation period, the dominant bacterial flora (bacterial abundance greater than 9%) has Bacteroidetes (22.5%-43.4%), Firmicutes (18.1%-36.6%), Spirochaetes (5.2%-14.1%), Proteobacteria (2.2%). -11.1%), Chloroflexi (0.7%-9.1%) and so on. At the initial stage of fermentation (10d), the number of Bacteroidetes in the treatment of Bacteroidetes was lower than that of the control, and the number of all Spirochaetes was higher than that of the control. At the level of the fermentation, the composition of the bacteria was different at the fermenting period. The colony of predominant bacteria in the fermentation period (more than 4% of the abundance of bacteria) was Methanosaet A (36.7%-68.7%), Methanoculleus (Methanococcus) (3.8%-16.2%), Methanospirillum (methanobacteria) (5.2%-9.2%), Methanobacterium (methanobacteria) (1.5%-14.3%) and Methanosarcina (Methanococcus eight) (0.6% -4.9%). At the initial stage of fermentation (10d), the number of Methanosaeta to be treated with nitrogen is lower than that of the control. The number of noculleus was higher than that of the control. With the fermentation, the abundances of the control Methanobacterium increased gradually. The bacteria showed a more complex diversity than the ancient bacteria. A total of 1 g/L of nitrogen added to the treatment of the initial fermentation samples was studied by macrogenomics, and 72.37% of the bacteria and 18.52% of the archaeal annotation sequences were obtained. The dominant flora mainly participates in the degradation of large molecular organic compounds such as fat, protein and cellulose. The results of functional gene annotation show that the system is stored in the two methanogenic pathways of hydrogen feeding and acetic acid, of which the hydrogen producing methanogenic pathway occupies the dominant position. The annotated Sphaerochaeta exists in the system, revealing its degradation production in corn straw. In the methane environment, the proper addition of nitrogen source can significantly increase the TS methane yield of corn straw when the corn straw is used as the raw material. Nitrogen addition can significantly affect the diversity of bacterial composition in the fermentation broth, but it has no significant influence on the diversity of the paleobium, and it can significantly affect the bacteria and the bacteria. The effect of different nitrogen sources and concentration on the biogas fermentation of corn straw can provide theoretical guidance for improving the methane yield of corn straw and improving the utilization of straw biomass.
【學位授予單位】：黑龍江八一農(nóng)墾大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S216.4

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本文編號：1937368