中试发酵糖蜜生产沼气及关联微生物的分离与生物强化

论文摘要

甘蔗糖蜜是制糖厂制糖过程中产生的副产品之一,具有COD含量高、成分复杂、含有胶体杂质多和干物质浓度大等特点。糖蜜中所含的可发酵糖含量可达到30%～50%,是良好的发酵原料。在如今全球面临能源危机的背景下,沼气作为一种能通过厌氧发酵而得到的可再生能源,具有巨大的发展潜力。由于广西区内的糖蜜生产量大且需求量小,可利用糖蜜进行厌氧发酵生产沼气的探索研究,但目前鲜有相关方面的报道。本实验在以往实验室规模的的小试实验基础上,将甘蔗糖蜜作为底物,利用加入外循环泵的IC厌氧反应器进行中试厌氧发酵,以探究糖蜜厌氧发酵产沼气的可行性。本实验分为前期中试发酵工艺试验及关联微生物的生物强化小试实验。利用体积为2.3 m3的IC反应器对糖蜜进行厌氧处理。反应器在自然温度下（20～38℃）进行发酵,在启动期过后添加外循环泵增强发酵效率。在不添加任何营养元素及缓冲物的条件下,每日进水400 L,水力停留时间时间为5 d,反应器负荷最高达到2500 mg/L,启动期的COD去除率最高,达到了88.00%,沼气日产量最高达到2.4m3,产气率达到0.58 m3/kgCOD,沼气中甲烷含量达49.8%。将发酵各阶段采取的活性污泥用富集培养法分离相关微生物,并进行鉴定。前期得到的污泥样品按时期（加入外循环前为A,加入外循环后为B）分为A1-A4,B1-B5,在三个温度25℃、30℃、37℃下进行培养,分离到三个温度下微生物菌株。对每个得到的单菌落进行16SrRNA的PCR扩增并测序,得到的序列使用BLAST方法在NCBI网站上进行比对。结果显示在A阶段污泥中的主要细菌菌群是Leuconostoc（明串珠菌属）、Acinetobacter（不动杆菌属）和Bacillus（芽孢杆菌属）,B阶段为Lysinibacillus（短小芽孢杆菌属）和Leuconostoc（明串珠菌属）。在整个厌氧发酵过程中均能筛选得到明串珠菌属。实验得到的17株菌都可以在糖蜜为唯一碳源的培养基中生长。培养过程中生长状况最好的A3样品菌群加入体积为250 mL的发酵瓶进行生物强化实验。发酵瓶实验同样使用稀释糖蜜为发酵底物进行厌氧发酵。在驯化期完成后,加入A3样品菌群进行生物强化,共设置3个不同菌液量:1%、3%、5%及一个空白对照组,水力停留时间为4天,最高进水负荷为2500 mg/L。实验发现菌液量为3%的实验组处理效果最好,COD去除率最高达84.84%,比对照组和其余两组实验组COD去除率高;氨氮最低含量为18 mg/L,VFA含量最低199.9 mg/L,比对照组和其余两组实验组都低研究结果说明糖蜜在中试水平上的实验可行,具有产业化的潜力;从中试发酵得到的污泥样品中分离得到最多的菌株为Leuconostoc（明串珠菌属）;在250 mL的发酵瓶中直接添加混合菌群的生物强化的方式对糖蜜厌氧发酵具有一定的促进作用,为规模化发酵糖蜜生产沼气奠定了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
•   1.1 糖蜜
•     1.1.1 糖蜜的来源
•     1.1.2 糖蜜的特点
•     1.1.3 糖蜜的危害
•   1.2 糖蜜的处理方法
•     1.2.1 糖蜜的直接利用
•     1.2.2 发酵利用
•     1.2.3 造纸应用
•     1.2.4 改性应用
•   1.3 生物强化技术
•     1.3.1 生物强化技术的作用机理
•     1.3.2 生物强化技术的应用
•   1.4 微生物群落结构及多样性的研究
•     1.4.1 可培养微生物法分析微生物群落结构及多样性
•     1.4.2 分子生物学分析方法
•   1.5 研究目的及意义
• 第二章 材料与方法
•   2.1 前期实验材料
•     2.1.1 发酵装置
•     2.1.2 发酵原料
•     2.1.3 实验时间与地点
•   2.2 实验设备
•   2.3 实验方法
•     2.3.1 污泥驯化
•     2.3.2 运行阶段
•   2.4 生物强化实验材料
•     2.4.1 实验原料
•     2.4.2 培养基与培养条件
•     2.4.3 可培养微生物的培养、分离
•     2.4.4 菌株分子生物学鉴定
•     2.4.5 扩增产物的检测
•     2.4.6 PCR产物的纯化与测序
•     2.4.7 小试厌氧反应装置制作
•   2.5 发酵瓶实验
•     2.5.1 装罐步骤
•     2.5.2 本实验所用的主要仪器
•     2.5.3 常用溶液
•   2.6 IC反应器及发酵瓶各项参数的监测及方法
•     2.6.1 溶解性化学需氧量COD的测定
•     2.6.2 比色法
•     2.6.3 pH的测定
•     2.6.4 沼气产量测定
•     2.6.5 甲烷含量测定
•     2.6.6 挥发性脂肪酸（VFA）的测定
•     2.6.7 氨氮的测定—纳氏试剂分光光度法
• 第三章 结果与分析
•   3.1 中试厌氧发酵
•     3.1.1 反应器启动处理
•     3.1.2 发酵参数总结
•     3.1.3 中试厌氧发酵的COD去除率
•     3.1.4 中试厌氧发酵pH的变化
•     3.1.5 VFA（挥发性脂肪酸）的变化
•     3.1.6 沼气产量及产气率
•     3.1.7 外加循环泵
•   3.2 小结
•   3.3 微生物的分离与培养
•     3.3.1 菌落形态观察
•     3.3.2 16S rRNA序列测序鉴定
•   3.4 生物强化实验结果与分析
•     3.4.1 生物强化发酵实验参数
•   3.5 微生物分离培养与生物强化实验小结
• 第四章 总结与讨论
•   4.1 总结
•   4.2 讨论
•   4.3 展望
• 参考文献
• 附录
•   试剂配制方法
•   符号与缩写说明
•   试验现场图和厌氧瓶发酵图
• 致谢
• 攻读研究生学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何双

导师: 申佩弘

关键词: 糖蜜,沼气,反应器,中试发酵,分离鉴定,生物强化

来源: 广西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,农业科技

专业: 生物学,新能源,农业工程

单位: 广西大学

分类号: S216.4;Q93

总页数: 75

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