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

【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(Phanerochaetechrysosporium)和糙皮侧耳(Pleurotusostreatus),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。
【作者】范晓娟；
【导师】韩士群；王世梅；
【作者基本信息】南京农业大学，环境工程，2013，硕士
【关键词】白腐真菌；水葫芦；木质纤维素；降解；厌氧发酵；沼气；

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