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白腐真菌对水葫芦木质纤维素的降解及其对厌氧发酵产沼气的影响

作　者: 范晓娟
导　师: 韩士群；王世梅
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 白腐真菌水葫芦木质纤维素降解厌氧发酵沼气
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着水体富营养化问题越来越严重,采用水葫芦等水生植物消减水体氮磷等营养化物质成为改善水质的重要措施,而由此产生的大量的水葫芦带来了新的环境问题,若堆积会产生二次污染,亟需进行资源化利用。近年来,能源危机日益加剧,生物质能源的开发成为科技工作者研究的热点。水葫芦有较高的产沼气潜力,利用水葫芦进行厌氧发酵产沼气不仅可以消除水葫芦堆积造成的污染,还可以提供清洁可再生的能源。厌氧发酵产沼气,是水葫芦处置与利用的一个重要技术途径。然而,水葫芦纤维素、半纤维素、木质素的结构和含量是其厌氧发酵产沼气的瓶颈,为了提高沼气产率,需要在厌氧发酵之前对水葫芦进行一定的预处理。本文开展了水葫芦木质纤维素生物预处理技术的研究,并研究其处理对厌氧发酵产沼气的影响,探求水葫芦高效产沼气方法。以水葫芦为材料,分别接种白腐真菌中的黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)和糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus),研究两种真菌对水葫芦木质纤维素的降解情况,同时测定降解木质纤维素的酶的活性及还原糖和有机质含量的动态变化。结果表明：黄孢原毛平革菌和糙皮侧耳两种白腐菌对木质纤维素均有较强的降解能力,对木质素的降解尤为显著,处理30d,黄孢原毛平革菌对木质素、半纤维素、纤维素的降解率分别为39.42%、16.77%、15.39%,糙皮侧耳对木质素、半纤维素、纤维素的降解率分别为26.92%、14.42%、13.44%；黄孢原毛平革菌在降解水葫芦的过程中不产生漆酶,木素过氧化物酶和锰过氧化物酶均在第10d达到最高值,分别为50.12U/g,1.72U/g,糙皮侧耳在降解水葫芦的过程中,木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶分别在第10d、15d、15d达到最高值,最高值分别为13.77U/g,1.42U/g,64.85U/g；在降解水葫芦过程中,两白腐菌产的纤维素酶均有两个产酶高峰,黄孢原毛平革菌的产纤维素酶高峰发生在第10d和第25d,酶活分别为0.49U/g和0.53U/g,糙皮侧耳的产纤维素酶高峰发生在第5d和第20d,酶活分别为0.1U/g和0.09U/g；两白腐菌产半纤维素降解酶的趋势大致为先上升后下降趋势,黄孢原毛平革菌和糙皮侧耳的产半纤维素酶高峰分别发生在第15d和第10d,半纤维素酶活的最高值分别为5.13U/g和0.77U/g；黄孢原毛平革菌的产纤维素酶和半纤维素酶的能力均高于糙皮侧耳。白腐菌对木质素的降解一般是发生在次级代谢阶段,刚接入菌种时,白腐菌只能先消耗可溶性有机碳提供自身生长和维持的碳源和能源,还原糖和可溶性有机质的含量下降,随着降解过程的进行,纤维素、半纤维和木质素开始降解,有机质含量也随之下降,可溶性有机质含量升高。为进一步探讨接种白腐真菌对水葫芦木质纤维素的降解处理对水葫芦发酵产气的影响,以白腐菌预处理不同时间的产物为材料,在总固体(TS)质量分数为8%、温度为35℃的条件下,研究黄孢原毛平革菌和糙皮侧耳两种白腐菌对水葫芦的降解预处理对水葫芦厌氧发酵的影响。结果表明：经黄孢原毛平革菌预处理10d、15d和糙皮侧耳预处理10d、15d的水葫芦的产气能力显著提高,单位TS产气量较对照提高了48.73～75.05%,产气量与纤维素、半纤维素含量均呈显著负相关；白腐菌对水葫芦的降解预处理不能显著提高水葫芦厌氧发酵产沼气中的甲烷含量；由于白腐菌的降解预处理提高了沼气的产量,相应的也提高了甲烷的产量,单位TS甲烷产量较对照提高了30.53%～55.81%。黄孢原毛平革菌或糙皮侧耳处理25d的水葫芦,用于厌氧发酵,单位TS产气量和单位TS甲烷产量反而下降,经黄孢原毛平革菌降解处理25d,水葫芦厌氧发酵的TS产气量和单位TS甲烷产量分别下降了13.31%和21.80%；经糙皮侧耳菌降解处理25d,单位TS产气量和单位TS甲烷产量分别下降了76.55%、77.33%,说明降解周期过长则影响产气量和甲烷产量。综合以上说明,采用黄孢原毛平革菌和糙皮侧耳这两种白腐菌对水葫芦木质纤维素进行适当时间的降解预处理可以显著提高水葫芦的厌氧发酵效果。

全文目录

基金资助声明  4-5
目录  5-8
摘要  8-10
ABSTRACT  10-13
第一章文献综述  13-23
  1 水体富营养化现状及危害  13
  2 水葫芦概述  13-16
    2.1 水葫芦在治理水体污染中研究  13-14
    2.2 水葫芦造成的污染问题  14
    2.3 水葫芦厌氧发酵产沼气研究进展  14-16
      2.3.1 厌氧发酵工艺  15
      2.3.2 混合发酵  15
      2.3.3 预处理技术  15-16
    2.4 水葫芦厌氧发酵利用存在的问题  16
  3 国内外水葫芦厌氧发酵预处理技术研究现状  16-18
    3.1 物理方法  16
    3.2 化学方法  16-17
    3.3 生物方法  17-18
  4 白腐菌降解木质素纤维研究进展  18-20
    4.1 木质纤维素  18
    4.2 白腐真菌及降解机理  18-20
      4.2.1 白腐真菌  18-19
      4.2.2 木质素降解酶系的组成及降解机理  19
      4.2.3 白腐真菌降解秸秆的应用  19-20
  5 本文的研究目的和研究内容  20-21
    5.1 研究目的  20
    5.2 研究内容  20-21
  6 技术路线  21-23
第二章白腐真菌对水葫芦木质纤维素的降解  23-37
  1 材料与方法  23-27
    1.1 试验材料  23-25
      1.1.1 处理材料  23
      1.1.2 菌种来源  23-24
      1.1.3 培养基  24-25
    1.2 试验设计  25
    1.3 检测项目与方法  25-26
    1.4 数据分析方法  26-27
  2 结果与分析  27-34
    2.1 白腐菌在水葫芦基质上的生长特征  27-28
    2.2 木质素、纤维素、半纤维素含量的变化  28-29
    2.3 预处理过程中酶活变化  29-32
      2.3.1 木质素酶活随时间变化  29-30
      2.3.2 纤维素酶与木聚糖酶随时间变化  30-32
    2.4 可还原糖随时间的变化  32
    2.5 有机质和可溶性有机质含量变化  32-34
  3 讨论  34-36
  4 小结  36-37
第三章白腐菌对水葫芦木质素的降解处理对水葫芦厌氧发酵产沼气的影响  37-47
  1 材料与方法  37-39
    1.1 试验材料  37
    1.2 试验设计  37
      1.2.1 水葫芦的预处理  37
      1.2.2 厌氧发酵  37
    1.3 试验装置  37-38
    1.4 检测项目与方法  38-39
    1.5 数据分析  39
  2 结果与分析  39-44
    2.1 发酵液的主要成分及性质变化  39-41
      2.1.1 发酵液pH值和挥发性脂肪酸(VFA)的变化  39-41
      2.1.2 发酵液SCOD含量的变化  41
    2.2 降解处理对产气特性的影响  41-44
      2.2.1 日产气量  41-42
      2.2.2 累积产气量  42-43
      2.2.3 甲烷含量  43
      2.2.4 单位TS产气量和单位TS甲烷产量  43-44
  3 讨论  44-45
  4 结论  45-47
第四章全文总结  47-49
  1 主要结论  47
  2 存在的问题和今后的研究设想  47-49
参考文献  49-55
致谢  55-57
攻读学位期间发表的学术论文  57

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