生物垃圾堆肥的过程研究及腐熟度评价

目的：研究静态强制通风发酵工艺对合肥市农贸市场的生物废弃物进行好氧堆肥处理过程的物质变化和腐熟效果。方法：分析发酵过程中温度、含水率、挥发分含量、纤维素、半纤维素和木质素含量等物理指标和化学指标。结果：一次发酵中堆肥的温度在55℃以上的有3d,经过一次发酵和二次发酵,堆肥中挥发分含量由85.4%降低到51.2%。纤维素的含量由20.90%减少到15.48%,半纤维素的含量由7.20%减少到1.36%,,纤维素、半纤维素在二次发酵中降解率比一次发酵的小,木质素虽在一次发酵中基本没有降解。但在二次发酵中得到有效降解,木质素含量由8.30%减少到5.38%。堆肥后物料在70d堆肥后,基本上达到腐熟程度。结论：温度、含水率、挥发性物质、淀粉实验、生物可降解度实验等指标检测可以评价静态强制通风发酵工艺对合肥市农贸市场的生物废弃物进行好氧堆肥处理过程的物质变化和腐熟效果。     

白腐菌及黑曲霉所产的纤维素复合酶对稻草秸秆的生物降解

研究了白腐菌及纤维素复合酶对稻草秸秆的协同生物降解。结果表明,利用黄孢原毛平革菌固态发酵稻草秸秆的过程中,LiP和MnP的最大活力可以达到28.3U/g和12.6U/g,同时,秸秆中的木质素能被有效降解,但纤维素、半纤维素降解率较低。添加黑曲霉所产的纤维素复合酶能有效地促进秸秆腐熟程度。在接入白腐菌培养10天后,每克稻草添加3 IU纤维素酶液并酶解48h可以使稻草秸秆中纤维素降解53.8%,半纤维素降解57.8%,木质素降解44.5%,干物质损失46.3%。此时细胞壁出现大范围破损,整个组织变得松散,秸秆完全腐熟。     

1株来自瘤胃液菌株RB1在降解秸秆中的作用

木质纤维素中木糖残基大量乙酰化,导致半纤维素的降解受阻。半纤维素支链水解断裂,可以解除其空间位阻效应,利于木质纤维素彻底降解。采用产乙酰酯酶活力较高的菌株RB1降解玉米秸秆和水稻秸秆。研究结果表明,菌株RB1对玉米秸秆和水稻秸秆中半纤维素降解率分别高达53.87%和51.67%。同时该菌株对秸秆中木质素降解率分别达到35.50%和35.01%。该菌株与其他降解纤维素能力较强的菌株共同发酵,会对木质纤维素类物质有更高降解率。该菌株在生物转化木质纤维素类物质方面,具有一定的潜在应用价值。     

解淀粉芽孢杆菌MN-8对玉米秸秆木质纤维素的降解

微生物降解木质纤维素既是生物质资源化利用中的关键问题,也是亟需解决的难点问题.本文在前期获得木质素降解菌——解淀粉芽孢杆菌MN-8菌株的基础上,进一步研究该菌株对玉米秸秆木质纤维素的降解作用.研究利用玉米秸秆粉-MSM培养基对MN-8菌株进行固态发酵,监测发酵过程中木质纤维素酶活力和木质纤维素含量变化情况,并通过傅立叶红外光谱(FTIR)和气质联用色谱(GC/MS)对木质纤维素的降解情况及产物进行分析.结果表明:解淀粉芽孢杆菌MN-8菌株可产生木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、纤维素酶和半纤维素酶等木质纤维素降解酶,在发酵10～16 d陆续达到酶活力峰值,最高酶活力分别为55.0、16.7、45.4和60.5 U·g-1.发酵24 d后,玉米秸秆中木质素、纤维素和半纤维素的降解率可分别达到42.9％、40.6％和27.1％.FTIR光谱数据表明,玉米秸秆发酵后木质素、纤维素和半纤维素的特征吸收峰强度均有一定程度的下降,表明木质纤维素被部分降解.GC/MS分析结果也证实,解淀粉芽孢杆菌MN-8能有效降解秸秆木质纤维素.MN-8菌株可断裂玉米秸秆木质素单体之间的连接键β-O-4,将秸秆木质素解聚为苯丙胺、苯丙酮和苯丙酸等保留木质素苯丙烷结构的单体化合物,并将部分单体化合物进一步氧化为Cα羰基化合物,如2-氨基-1-苯丙酮和紫丁香基苯乙酮等.在对纤维素和半纤维素降解产物的GC/MS分析中发现,降解产物包含葡萄糖、甘露糖和半乳糖等多种单糖化合物以及甲酸、乙酸、丙酸、1,1-乙二醇和3-羟基丁酸等代谢产物.表明解淀粉芽孢杆菌MN-8对秸秆木质纤维素表现出强降解作用,且该作用依赖于菌株产木质纤维素降解酶的能力.     

牛粪强化高含油污泥堆肥生物处理及评价

以农业废弃物牛粪为生物基质,与油泥废弃物按照质量1∶1混合为3 m×3 m×0.35 m的大型堆肥和1 m×0.5 m×0.35 m的小型堆肥,采用现场堆肥法研究了牛粪对石油烃各组分、生物毒性和微生物多样性交化的影响.结果表明:堆肥初始C/N为26.4,随着堆肥时间的延长,整体呈下降趋势,处理后小型堆肥的C/N为18.4,大型堆肥样品的C/N为18.5,堆体均达到了腐熟;小型堆肥处理堆至115 d后,总石油烃(TPH)降解率达到22.96％;石油烃各组分中饱和烃在堆肥过程中呈减少的趋势;芳香烃在大型堆肥下整体呈升高趋势,小型堆肥下则出现先上升后下降的趋势;发芽指数结果显示,堆肥样品在开始有较大的生物毒性,堆肥过程中发芽指数升高,堆肥结束后由发芽指数得出两种处理方式下的堆肥产物均达到腐熟;由变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱和图谱聚类分析得出,随着堆肥时间的延长,微生物群落也发生了较大的变化.大型堆肥与小型堆肥之间石油烃降解性的差异可能是不同堆肥体积对微生物群落多样性有较大影响所致.     

产纤维素酶耐高温真菌在有机肥料生产中的潜在价值

农作物秸秆是农作物生产中一种富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等有效成分的可再生资源,我国每年的农作物秸秆废弃物产量巨大,因此,如何有效地"转废为宝",实现对农作物秸秆废弃物的再利用一直是我国学者关注的问题.秸秆堆腐还田技术是有机废弃物再利用的理想途径之一,其作用原理是利用微生物的分解作用,促使农作物秸秆发酵腐熟后成为优良的绿色有机肥.农作物秸秆属于高纤维素含量废弃物,且纤维素的结构复杂、降解困难,如何加速纤维素的分解是实现农作物秸秆堆肥物料快速分解、达到腐熟的关键问题.已有研究表明,在堆肥中接种高温或耐高温降解菌可促进有机物降解,提高堆肥高温期温度,延长高温期,加快堆肥腐熟.     

秸秆与牛粪混合发酵对秸秆降解及土壤肥力的影响

利用GET技术可以有效地降解秸秆生产清洁能源生物甲烷,达到无害化处理与利用秸秆的目的。本研究应用GET技术研究了发酵基质(秸秆∶牛粪)配比和温度对秸秆降解及土壤肥力的影响,以求为GET技术的推广与应用提供支撑。结果表明,各处理因素中发酵基质配比和温度及其相互作用对秸秆纤维素和半纤维素的降解有显著影响,两因数的交互作用对纤维素和半纤维素的降解也有显著作用,但对木质素的影响不显著。其中发酵基质配比以1∶1最为适宜,其纤维素和半纤维素的降解率分别为55. 39%和27. 75%;秸秆纤维素的降解率随着温度的升高而增加,但半纤维素降解率在30℃时达到最高,分别比10℃、20℃和40℃时高33. 80%、18. 37%和6. 26%。发酵基质配比和温度对厌氧发酵后土壤的肥力也有显著作用,土壤有机质、全氮和全磷含量均以1∶1配比处理和30℃处理条件下为最高。GET技术的应用还能显著改善土壤结构,厌氧发酵后土壤微团聚体粒径组成由小团聚体转化为大团聚体为主,土壤微团聚体分形维数显著下降。     

八角下脚料、甘蔗滤泥、桐麸联合堆肥的腐熟度指标研究

测定八角下脚料与甘蔗滤泥、桐麸联合堆肥过程中温度、C/N比、种子发芽指数(GI)等腐熟度指标,研究各项指标在堆肥进程中的变化情况。结果表明:GI可作为八角下脚料与甘蔗滤泥、桐麸联合堆肥评价堆肥腐熟度的主要评价指标。在起始C/N比为31.45条件下进行八角提油下脚料、甘蔗滤泥、桐麸的联合高温好氧堆肥,堆制21 d和26 d时,三种腐熟度指标未全部显示堆肥腐熟;堆制31 d时,C/N比为18.55,T值为0.59(小于0.6),发芽指数GI为93.7%(大于80%)。从温度、发芽指数和C/N比三个指标均可认为堆肥已达到腐熟。     

枯草芽胞杆菌降解木质纤维素能力及产酶研究

从农林废物堆肥中分离得到1株细菌经鉴定为枯草芽胞杆菌,将该细菌用于木质素类化合物利用.固态培养条件下考察其对木质纤维素的降解能力及产酶特性,另外对发酵前后的稻草结构进行了红外光谱分析.结果表明,枯草芽胞杆菌具有木质素降解能力,兼具低分子量木质素酚型、非酚型类物质的降解能力.其对木质素降解是木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、纤维素酶和半纤维素酶共同作用的结果.在实验条件下,培养30 d使木质素降解率达9.47%,同时对纤维素、半纤维素也有较高程度的降解;降解率分别为38.8%、41.84%.红外光谱分析结果表明,稻草木质素结构被破坏,枯草芽胞杆菌对木质素各官能团的降解作用有所不同.     

N+注入选育白腐菌及其降解油菜秸秆木质纤维素的研究

以白腐菌WY01为出发菌,利用N＋注入技术选育出一株遗传性状稳定的漆酶高产诱变菌株WY02,经过60 d的发酵培养,其产酶量由出发菌的13.75 U/g增加到52.5 U/g,即产酶量提高了2.82倍;诱变菌株WY02对油菜秸秆中的木质素、半纤维素和纤维素的降解率分别为54.1%,39.1%,32.8%,用红外光谱法（IR）分析经诱变菌株降解后的油菜秸秆中木质素官能团的变化,用于阐明诱变菌株对油菜秸秆中木质素的生物降解机制。结果表明：油菜秸秆经白腐菌诱变菌株降解后,其木质素含量明显降低。木质素与苯环相连的C=O键、木质素侧链上CH2结构以及木质素单体（紫丁香基和愈创木基）被部分降解,木质素的苯环结构遭到一定程度的破坏。     

滇池水葫芦固液分离后的沼气发酵研究

在常温下,分离水葫芦为水葫芦渣和水葫芦汁,水葫芦渣与猪粪结合进行批量发酵试验,研究了产气量及原料半纤维素、纤维素、木质素的降解,结果表明原料的产气率为504.04 L/g TS,甲烷含量65%,半纤维素、纤维素降低,木质素升高.对水葫芦汁厌氧发酵的产气及COD降解情况进行了研究,结果表明水葫芦汁的产气潜力为2.192 mL/g,COD降解率达到91.27%.     

基于环境微生物资源库快速构建易腐垃圾高效堆肥复合菌剂

【目的】针对易腐垃圾成分快速构建一种高效堆肥复合菌剂。【方法】研究以"中国科学院战略生物资源服务网络计划"支持建设的微生物资源库为基础,根据菌株产酶活功能信息,针对易腐垃圾有机成分定向挑选出高产酶(蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、木质素酶、脂肪酶)菌株,通过测定菌株间拮抗作用,构建了一种高效堆肥复合菌剂CM菌剂。进行了菌剂发酵条件优化和易腐垃圾堆肥应用研究。【结果】CM菌剂最适发酵条件为接种7%的种子液于红糖培养基中,30°C下培养48h,此时菌剂产生蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、木质素酶、脂肪酶酶活分别为181.76、52.92、1.57、12.81、9.94 U/mL。堆肥结果表明CM菌剂堆肥产品pH、含水率、有机质含量均满足生物有机肥标准(NY884-2012)。CM菌剂堆肥过程中最高温度为63.5°C,高温期9–12 d,30 d后含水率为28.7%,有机质降解率为30.4%,C/N为8.93,与商品菌剂BM相比堆肥效果更好,可使堆体高温期延长4–7d、含水率降低3.8%,可加快易腐垃圾中有机质降解,降解率提升6.2%,并具有更强的固氮能力,缩短腐熟时间,提升堆肥产品品质。【结论】基于环境微生物资源库功能信息构建堆肥复合菌剂是一种快速有效的菌剂构建方法。     

木质素降解菌BYL-7的筛选及降解条件优化

【背景】微生物降解木质素因其具有降解效率高和环保等特点而备受关注。【目的】筛选高效木质素降解真菌,并对其降解条件进行优化。【方法】通过愈创木酚-马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextrose agar,PDA)和苯胺蓝平板法筛选高效木质素降解菌株,利用单因素筛选及响应面试验对培养条件进行优化。【结果】筛选到一株高效木质素降解菌BYL-7,经形态和多序列分析初步确定为Trametes versicolor。单因素试验证明初始pH、温度和接种量为降解木质素显著影响因子,响应面试验确定降解木质素最优条件为：初始pH 6.7,温度25 °C,接种量8%。在此条件下,碱性木质素降解率为36.5%,比未优化前提高54.0%;水稻秸秆木质素、半纤维素和纤维素降解率分别为32.8%、21.5%、13.2%,其中木质素降解率比未优化前提高36.1%;漆酶活性在第6天达到峰值120.0 U/L,比未优化前提高25.0%;木质素过氧化物酶活性在第6天达到峰值1 343.8 U/L,比未优化前提高36.0%;锰过氧化物酶活性在第5天达到峰值463.8 U/L,比未优化前提高31.7%。【结论】研究结果为木质素的降解提供了良好的菌种资源,同时也为后续木质素的研究积累了相关数据。     

两株戴氏霉对水稻秸秆的降解及产酶研究

本文旨在构建能够高效降解水稻秸秆的戴氏霉组合菌。通过兼容性试验,选取木质素降解菌灰戴氏霉H57.1菌株与纤维素降解菌合川戴氏霉H08.1菌株组合发酵降解水稻秸秆,以失重法和范氏洗涤剂法检测其对秸秆的降解效果,用胞外酶活测定法探索其产酶规律。结果表明,菌株H57.1和H08.1具有良好的兼容性;组合菌H57.1+H08.1对水稻秸秆的降解能力明显高于单一菌株,秸秆失重率高达55.7%,木质素、半纤维素和纤维素降解率分别为48.9%、72.6%和57.0%;对发酵过程产酶情况的分析进一步表明,组合菌H57.1+H08.1降解水稻秸秆的能力与其产酶能力密切相关。     

玉米芯发酵法生物制氢

在批式培养试验中, 以牛粪堆肥为天然产氢菌源, 玉米芯为底物, 通过厌氧发酵生产氢气。系统考察了底物预处理条件、初始pH值和底物浓度对玉米芯产氢能力的影响。在初始pH 8.0, 1.0%盐酸预处理底物30 min, 底物浓度10 g/L的最佳产氢条件下, 玉米芯最大产氢能力〔每克TVS（总挥发性固体物）产氢量〕和最大产氢速率（每克TVS每小时产氢量）分别为107.9 mL /g、4.20 mL/g·h-1。玉米芯经酸预处理后半纤维素含量由42.2%下降至3.0%, 而酸预处理的玉米芯产氢前后纤维素、半纤维素和木质素含量只有少量变化。产氢菌主要用酸预处理产生的可溶性糖产氢, 故底物的酸预处理对玉米芯的发酵产氢非常重要。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析显示酸预处理和产氢过程中玉米芯的特征峰发生变化, 酸预处理过程降解了底物纤维素的无定形区和半纤维素, 产氢微生物对纤维素的结晶区有破坏作用。     

玉米芯发酵法生物制氢

在批式培养试验中, 以牛粪堆肥为天然产氢菌源, 玉米芯为底物, 通过厌氧发酵生产氢气。系统考察了底物预处理条件、初始pH值和底物浓度对玉米芯产氢能力的影响。在初始pH 8.0, 1.0%盐酸预处理底物30 min, 底物浓度10 g/L的最佳产氢条件下, 玉米芯最大产氢能力〔每克TVS（总挥发性固体物）产氢量〕和最大产氢速率（每克TVS每小时产氢量）分别为107.9 mL /g、4.20 mL/g·h-1。玉米芯经酸预处理后半纤维素含量由42.2%下降至3.0%, 而酸预处理的玉米芯产氢前后纤维素、半纤维素和木质素含量只有少量变化。产氢菌主要用酸预处理产生的可溶性糖产氢, 故底物的酸预处理对玉米芯的发酵产氢非常重要。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析显示酸预处理和产氢过程中玉米芯的特征峰发生变化, 酸预处理过程降解了底物纤维素的无定形区和半纤维素, 产氢微生物对纤维素的结晶区有破坏作用。     

木质纤维素酶高产菌株的筛选及其对玉米秸秆降解效果的影响

为了提高玉米秸秆中木质素的降解率,从腐烂的树枝和土壤中筛选木质纤维素酶高产菌株,以秸秆为唯一C源富集培养后,采用PDA-愈创木酚法进行初筛,筛选出产木质素酶真菌5株,然后以玉米秸秆为主要C源进行固态发酵和复筛。结果表明:第5号菌株在发酵玉米秸秆5 d后,使木质素的降解率达到最高(34.95%),粗纤维的降解率达到20.00%,显著高于其他4种菌株(P<0.05),其羧甲基纤维素酶比酶活达到116.35 U/g;10 d后,其木质素酶比酶活达到最高(45.64 U/g)。     

滇池水葫芦固液分离后的沼气发酵研究

在常温下,分离水葫芦为水葫芦渣和水葫芦汁,水葫芦渣与猪粪结合进行批量发酵试验,研究了产气量及原料半纤维素、纤维素、木质素的降解,结果表明：原料的产气率为504．04L/g TS,甲烷含量65％,半纤维素、纤维素降低,木质素升高。对水葫芦汁厌氧发酵的产气及COD降解情况进行了研究,结果表明：水葫芦汁的产气潜力为2．192mL／g,COD降解率达到91．27％。     

诱导物和金属离子对竹子白腐菌降解影响的研究

研究了4种诱导物和5种金属离子对白腐菌降解竹子的影响。结果表明这4种诱导物对木质素的降解没有明显的促进作用,低浓度的吐温80抑制纤维素的降解,降解率仅为3．057％;5种离子对木质素降解均有促进作用,一定浓度的离子明显地抑制纤维素的降解,其中Ca^2＋对纤维素降解的抑制作用最强,降解率仅为0．620％;诱导物和离子对半纤维素降解率影响较小;吐温80和Ca^2＋能显著提高半纤维素和木质素的选择系数,其中添加Ca^2＋时半纤维素和木质素选择性系数分别为66．565和49．331,初步显示：部分诱导物和金属离子可以有效影响白腐菌对竹子的选择性降解。     

三株高效秸秆纤维素降解真菌的筛选及其降解效果

【目的】利用多种筛选方法,获得高效秸秆纤维素降解真菌,并研究其秸秆纤维素的降解能力。【方法】采用滤纸片孔洞法、滤纸条降解法、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)水解圈测定法、秸秆失重法、纤维素分解率测定法、胞外酶活测定法等常规秸秆纤维素降解菌的筛选方法。【结果】筛选到3株具有较强纤维素降解能力的真菌菌株,经初步鉴定菌株98MJ为草酸青霉(Penicillium oxalicum)、菌株W3为木霉(Trichoderma sp.)、菌株W4为扩张青霉(Penicillium expansum)。菌株W4具有非常强的秸秆纤维素降解能力,10d内对秸秆的降解率可达56.3%,对纤维素、半纤维素和木质素的分解率分别为59.06%、78.75%和33.79%。菌株W4的胞外纤维素酶活力在14.25-49.75U/mL之间。【结论】筛选获得3株高效秸秆纤维素降解真菌菌株,其中菌株W4的纤维素酶活高于已报道的菌株,是一株十分具有研究开发潜力的纤维素酶生产菌株。