收稿日期：2022-04-25

基金項(xiàng)目：河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（20A180022）；車用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（KFKT2018002）

通信作者：魯云風(fēng)（1980—），男，博士、副教授、碩士生導(dǎo)師，主要從事微生物學(xué)、生物質(zhì)能源方面的研究。15518916630@163.com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0572 文章編號(hào)：0254-0096（2023）08-0535-07

摘 要：以玉米秸稈為原料，利用本實(shí)驗(yàn)室通過基因組重排育種后能高效降解木質(zhì)纖維素的菌株對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)預(yù)處理后的秸稈進(jìn)行厭氧沼氣發(fā)酵。通過正交試驗(yàn)確定復(fù)合菌系處理秸稈的最佳條件為：初始pH值為6.00、玉米秸稈含量為2.0%、TR2-35孢子液接種量1.0%、PR2-24孢子液接種量0.5%。通過對(duì)秸稈預(yù)處理發(fā)酵料液的定時(shí)檢測(cè)，確定最佳的預(yù)處理時(shí)間為8 d，此時(shí)發(fā)酵液的pH值為6.82，適合厭氧產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)，發(fā)酵液中的COD含量達(dá)到最大，為10080 mg/L，秸稈及其成分也達(dá)到降解的高峰，適合厭氧沼氣發(fā)酵。通過設(shè)計(jì)1 L的厭氧沼氣發(fā)酵排水集氣裝置，有效反應(yīng)體積800 mL，進(jìn)行20 d沼氣發(fā)酵，結(jié)果表明：預(yù)處理組總產(chǎn)氣量為6083 mL，總甲烷量為4316 mL，分別較未預(yù)處理組提高61.14%和93.63%。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能；沼氣；厭氧發(fā)酵；復(fù)合菌系；預(yù)處理；玉米秸稈

中圖分類號(hào)：S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在滿足全國(guó)人民的糧食需求之外，中國(guó)每年秸稈產(chǎn)量高達(dá)7億t以上，并且這個(gè)數(shù)字還在逐年升高［1］。農(nóng)作物秸稈富含生物碳，是優(yōu)質(zhì)的可再生生物質(zhì)［2］，秸稈的預(yù)處理是高效資源化利用農(nóng)作物秸稈的核心技術(shù)。生物預(yù)處理方法是利用微生物來降解秸稈中的木質(zhì)纖維素［3］，可大大提高秸稈利用率［4］。生物預(yù)處理技術(shù)的關(guān)鍵是發(fā)掘能高效降解木質(zhì)纖維素的菌株。預(yù)處理?xiàng)l件在很大程度上影響著生物預(yù)處理的效果，因此不僅要有產(chǎn)酶能力強(qiáng)的菌株，還要給予合適的發(fā)酵條件［5］。

本文采用基因組重排后的高產(chǎn)菌株，通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，測(cè)試不同條件下高產(chǎn)菌株對(duì)玉米秸稈的降解效果，以期獲得預(yù)處理的最佳條件，為秸稈生物預(yù)處理工業(yè)奠定基礎(chǔ)。對(duì)預(yù)處理料液進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)，確定最佳預(yù)處理時(shí)間。為了解預(yù)處理之后秸稈的沼氣發(fā)酵性能，設(shè)置兩組試驗(yàn)（分別為未預(yù)處理組和預(yù)處理組），通過接種活性厭氧污泥，檢測(cè)產(chǎn)氣量以及甲烷含量，通過對(duì)比判斷復(fù)合菌系的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 菌株與材料

供試菌株取自本實(shí)驗(yàn)室以擬康氏木霉（Trichoderma pseudokoningii，編號(hào)3.6612），為原始菌株通過誘變和基因組重排得到的性能優(yōu)良且遺傳穩(wěn)定的高產(chǎn)菌株TR2-35；以黃孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium，編號(hào)5.0776），為原始菌株通過誘變和基因組重排得到的性能優(yōu)良且遺傳穩(wěn)定的高產(chǎn)菌株P(guān)R2-24。

玉米秸稈和厭氧活性污泥取自河南天冠生物工程股份有限公司，其主要成分分析見表1。

1.2 培養(yǎng)基

菌體生長(zhǎng)培養(yǎng)基：20%馬鈴薯浸取液，葡萄糖15 g/L，K2HPO4 3 g/L，MgSO4·7H2O 1.5 g/L，瓊脂20 g/L，pH值6.0。

秸稈預(yù)處理液體培養(yǎng)基［6］：葡萄糖5 g/L，蛋白胨0.6 g/L；微量元素溶液：KH2PO4 2 g/L，MgSO4·7H2O 0.5 g/L，CaCl2·2H2O 0.1 g/L，VB1微量，甘氨酸0.06 g/L，MnSO4·H2O 0.001 g/L，NaCl 0.1 g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.01 g/L，CoSO4·7H2O 0.01 g/L，CaCl2·2H2O 0.01 g/L，ZnSO4·7H2O 0.01 g/L，CuSO4·5H2O 0.001 g/L，AlK（SO4）2·12H2O 0.001 g/L，H3BO3 0.001 g/L，Na2MnO4·2H2O 0.001 g/L。

培養(yǎng)基121 ℃滅菌20 min。

1.3 主要試劑與儀器設(shè)備

1.3.1 主要試劑

配制稀硫酸：V（濃硫酸）：V（純水）=1∶1配制，4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

酸性乙二醇試劑：準(zhǔn)確量取30 mL乙二醇與4 mL配制稀硫酸混合。

羥胺試劑：準(zhǔn)確量取10 mL 10%的硫酸羥胺混合，加入40 mL 4.5 mol/L氫氧化鈉溶液。

酸性氯化鐵試劑：準(zhǔn)確稱取10 g六水氯化鐵，加入適量蒸餾水溶解，加入10 mL濃硫酸，蒸餾水定容至500 mL，靜置過夜，棄沉淀備用。

蒽酮-硫酸試劑：準(zhǔn)確稱取50 mg蒽酮，加入25 mL蒸餾水，緩慢加入濃硫酸75 mL。

1.3.2 儀器設(shè)備

MJ-54A型高壓蒸汽滅菌鍋（施都凱儀器設(shè)備（上海）有限公司）；CD14DII型臺(tái)式離心機(jī)（上海天美生化儀器設(shè)備工程有限公司）；SW-CJ-2D雙人超凈工作臺(tái)（上海鼎科科學(xué)儀器有限公司）；pH計(jì)（奧豪斯儀器（常州）有限公司）；哈希DRB200、哈希DR3900（哈希公司（HACH））。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 孢子懸液的制備

將TR2-35與PR2-24分別接種于菌體生長(zhǎng)培養(yǎng)基中，30 ℃下分別培養(yǎng)約15和7 d，用15%的甘油沖洗下菌絲及孢子，漩渦振蕩器上振蕩10 min，3層擦鏡紙過濾，收集濾液調(diào)整孢子濃度為108 CFU/mL，-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4.2 玉米秸稈預(yù)處理?xiàng)l件優(yōu)化

1） 正交試驗(yàn)

在前人實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)，即采用L9（34）正交試驗(yàn)，預(yù)處理7 d后測(cè)定其秸稈失重率，對(duì)玉米秸稈預(yù)處理參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2） 玉米秸稈預(yù)處理時(shí)間的確定

根據(jù)正交試驗(yàn)優(yōu)化的結(jié)果，設(shè)計(jì)預(yù)處理參數(shù)為：在250 mL的錐形瓶中加入100 mL秸稈預(yù)處理液體培養(yǎng)基，加入質(zhì)量含量為2%的玉米秸稈、體積含量為1% TR2-35孢子液、體積含量為0.5% PR2-24孢子液，初始pH值為6.0，30 ℃、160 r/min，搖瓶培養(yǎng)16 d，每?jī)商鞕z測(cè)發(fā)酵液的pH值、乙酸含量、化學(xué)需氧量（COD）、可溶性糖含量，玉米秸稈失重率及木質(zhì)纖維素各成分降解率［7］。最終根據(jù)各指標(biāo)的變化來確定預(yù)處理最佳時(shí)間。

1.4.3 玉米秸稈沼氣發(fā)酵方法

在1000 mL的錐形瓶中加入500 mL的秸稈預(yù)處理液體培養(yǎng)基，按正交優(yōu)化的參數(shù)，接種菌液和玉米秸稈，30 ℃、160 r/min，搖瓶培養(yǎng)8 d后，將發(fā)酵產(chǎn)物（包括發(fā)酵液與秸稈殘留）與適量的活性污泥混合進(jìn)行厭氧發(fā)酵。實(shí)驗(yàn)分為預(yù)處理組和未預(yù)處理組。厭氧反應(yīng)裝置總?cè)莘e為1 L，有效反應(yīng)體積為800 mL。為了滿足厭氧發(fā)酵條件，用NH4Cl調(diào)節(jié)厭氧發(fā)酵液的碳氮比（C/N）為25［8］，厭氧發(fā)酵溫度設(shè)置為中溫35 ℃。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)平行每天檢測(cè)產(chǎn)氣量與甲烷含量。

1.4.4 指標(biāo)測(cè)定方法

1） pH值和COD的測(cè)定

pH值測(cè)定：取發(fā)酵液5000 r/min離心后，用pH計(jì)測(cè)定。

COD測(cè)定：采用美國(guó)哈希公司COD檢測(cè)試劑盒檢測(cè)，取發(fā)酵液5000 r/min離心后，取0.2 mL上清液加入試劑管內(nèi)，用哈希DRB200消解儀消解后，在哈希DR3900檢測(cè)其COD值。

2） 乙酸含量的測(cè)定

參考任南琪等［9］所述方法：①準(zhǔn)確配制10 mg/mL的乙酸溶液。②利用乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液準(zhǔn)確稀釋配制乙酸含量為500、1000、1500、2000、2500、3000 mg/L的乙酸溶液，分別取0.5 mL上述溶液，與1.7 mL酸性乙二醇試劑混勻后沸水浴3 min，立即冷卻，加入2.5 mL羥胺試劑，搖勻靜置1 min，加入10 mL酸性氯化鐵試劑，蒸餾水定容至25 mL，搖勻后靜置5 min，用酶標(biāo)儀檢測(cè)[OD500]。以乙酸含量為橫坐標(biāo)，[OD500]為縱坐標(biāo)，繪制乙酸標(biāo)準(zhǔn)曲線。③樣品測(cè)定。取發(fā)酵液5000 r/min離心后，取0.5 mL上清液代替②中的標(biāo)準(zhǔn)液，其他方法一致。

3） 可溶性糖含量

參考郭玉華等［10］所述方法：①準(zhǔn)確配制1 mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液；②利用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液準(zhǔn)確稀釋配制葡萄糖濃度為0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mg/mL的葡萄糖溶液，在比色管中分別取0.5 mL上述溶液，加入4.5 mL蒽酮-硫酸試劑，混勻后沸水浴9 min，立即冷卻后放置30 min，用酶標(biāo)儀檢測(cè)[OD625]；以葡萄糖含量為橫坐標(biāo)，[OD625]為縱坐標(biāo)，繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線；③樣品測(cè)定：發(fā)酵液5000 r/min離心，取0.5 mL上清液代替②中的標(biāo)準(zhǔn)液，其他方法一致。

4） 秸稈失重率

參考于慧娟等［11］所述方法：預(yù)處理之前秸稈的質(zhì)量記作[A]。將預(yù)處理后的秸稈，先用稀酸沖洗一遍，再用純水沖洗兩遍，以除去菌絲及秸稈附著的CaCO3，洗凈之后，放入烘箱105 ℃烘干，并稱重記作[B]。秸稈失重率=[（A-B）/A×100%]。

5） 木質(zhì)纖維素各成分降解率

收集預(yù)處理后的秸稈拿到車用生物燃料技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。方法如下：

① 樣品的處理

將秸稈用去離子水沖洗3遍，放入65 ℃烘箱過夜。測(cè)定TS，保證樣品干物質(zhì)含量在85%以上，記錄TS。樣品粉碎，過20～80目篩，收集樣品待用。

②樣品的酸解

c. 將試管放在30 ℃浴鍋中反應(yīng)60 min，每5～10分鐘用玻璃棒攪拌一次，同時(shí)保證試管浸在水浴中。

d. 水解60 min后，將試管從水浴中取出，加入Milli-Q水（84±0.04）mL，使試管中的硫酸稀釋至4%，蓋好蓋子，翻轉(zhuǎn)試管充分混勻。

e. 準(zhǔn)備SRS樣品（SRS樣品：葡萄糖3 g/L、木糖0.8 g/L、半乳糖0.4 g/L、阿拉伯糖0.4 g/L、甘露糖0.4 g/L），用來校正單糖被稀酸水解引起的損失。將10 mL的SRS溶液加到試管里，再加348.4 μL 72%的H2SO4。

f. 將含有樣品和SRS的試管放入滅菌鍋中，121 ℃下處理1 h，水解后的樣品慢慢冷卻至接近室溫。

g. 使用真空泵過濾水解產(chǎn)物，得到過濾后的水解液，收取50 mL的濾液儲(chǔ)存。

③ 樣品糖含量測(cè)定

吸?、谥兄苽涞囊后w5 mL，將液體過0.2 μm針孔膜，進(jìn)行HPLC測(cè)定，根據(jù)色譜結(jié)果計(jì)算纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量。

6） 沼氣產(chǎn)量和甲烷含量的測(cè)定

沼氣產(chǎn)量通過排水集氣法進(jìn)行收集，裝置如圖1所示。甲烷含量每天用中安S311便攜式氣體檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)。

1. 發(fā)酵瓶； 2. 集氣瓶； 3. 集水瓶； 4. 取氣口。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)前人研究預(yù)處理的因素水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平見表2，每個(gè)試驗(yàn)3個(gè)平行。

正交試驗(yàn)結(jié)果見表3，可知影響秸稈失重率的因素主次為：A＞C＞D＞B，秸稈失重率最高的實(shí)驗(yàn)組是實(shí)驗(yàn)組5秸稈失重率為48.6%，與得到的最佳方案A2B3C2D1一致，即初始pH值為6.0、玉米秸稈含量為2.0%、TR2-35孢子液接種量為1.0%、PR2-24孢子液接種量為0.5%。K1，K2，K3表示每個(gè)因素各個(gè)水平下的指標(biāo)總和/試驗(yàn)次數(shù)；R為極差，表明因子對(duì)結(jié)果的影響幅度，用最大的K減去最小的K。

2.2 預(yù)處理時(shí)間優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 pH值和乙酸含量

預(yù)處理過程中pH值和乙酸含量的變化如圖2所示。在預(yù)處理前4天發(fā)酵液的pH值由6.00迅速降至4.00，之后到第8天，發(fā)酵液pH值升至6.82，之后的8 d發(fā)酵中pH值趨于穩(wěn)定，無明顯變化。有研究表明，大多數(shù)厭氧產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)最佳pH值在6.8～7.2之間，過酸或過堿都會(huì)影響厭氧微生物的生存［12］，因此從pH值的角度分析，經(jīng)過8 d預(yù)處理后的發(fā)酵液更適合后續(xù)的厭氧沼氣發(fā)酵。以乙酸含量為橫坐標(biāo)，[OD500]為縱坐標(biāo)，繪制乙酸標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為[y=9×10-5x+0.0532]，相關(guān)系數(shù)[R2=0.9994]。

揮發(fā)性脂肪酸VFA是考察玉米秸稈降解過程以及厭氧沼氣發(fā)酵的一個(gè)重要指標(biāo)，在甲烷形成的過程中，乙酸是形成甲烷的重要前體物，但有機(jī)酸過多會(huì)抑制厭氧微生物生長(zhǎng)，過少又會(huì)降低產(chǎn)氣效率［13］。預(yù)處理發(fā)酵液的初始乙酸含量為231.5 mg/L，在發(fā)酵的前4天乙酸含量迅速升高，在第4天達(dá)到最大值856.6 mg/L，第4～16天，乙酸的含量逐漸下降，在第16天降至330.5 mg/L。由乙酸含量的變化可說明預(yù)處理前期pH值的降低是由乙酸含量迅速增多導(dǎo)致的，后續(xù)乙酸被消化，發(fā)酵液pH值也逐漸升高。因此，從乙酸含量的變化結(jié)合pH值的變化的角度分析，在預(yù)處理8天之后的發(fā)酵液更適合后續(xù)的厭氧發(fā)酵。

2.2.2 COD和糖含量

玉米秸稈預(yù)處理過程中COD和糖含量的變化如圖3所示?；瘜W(xué)需氧量COD是以化學(xué)方法測(cè)量水樣中需被氧化的還原性物質(zhì)的量，是考察玉米秸稈降解過程以及厭氧沼氣發(fā)酵的一個(gè)重要指標(biāo)［14］。預(yù)處理發(fā)酵液的初始COD為2670 mg/L，在發(fā)酵的前8天COD含量迅速攀升，在第8天達(dá)到最大值10080 mg/L，表明前8天內(nèi)秸稈中的木質(zhì)纖維素被迅速降解，發(fā)酵液中有機(jī)物含量迅速升高；第8～16天，發(fā)酵液的COD含量逐漸下降，在第16天COD含量為3660 mg/L，表明第8天以后菌株降解木質(zhì)纖維素的速率小于消化發(fā)酵液中有機(jī)物的速率，因此從COD角度分析，玉米秸稈預(yù)處理第8天時(shí)，COD含量最高，最適合后續(xù)的厭氧沼氣發(fā)酵。以葡萄糖含量為橫坐標(biāo)，[OD625]為縱坐標(biāo)，繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為[y=1.5804x+0.0715，]相關(guān)系數(shù)[R2=0.9991]。

預(yù)處理發(fā)酵液的初始糖濃度為0.93 mg/mL，在發(fā)酵的前4天，可溶性糖濃度迅速升高，在第4天達(dá)到最大值，為2.32 mg/mL，表明在前4天內(nèi)微生物不斷消化分解玉米秸稈生成可溶性糖；第4～16天，可溶性糖含量不斷下降，第16天可溶性糖含量為0.54 mg/mL。

2.2.3 秸稈失重率及各成分質(zhì)量損失率

玉米秸稈預(yù)處理過程中秸稈失重率及其各成分質(zhì)量損失率的變化如圖4所示。結(jié)果顯示，經(jīng)過16 d的預(yù)處理玉米

秸稈的失重率為58.83%，其中纖維素、半纖維素及木質(zhì)素的質(zhì)量損失率分別為55.32%、66.51%、62.22%。由圖4還可看出，玉米秸稈及其各成分的質(zhì)量損失主要發(fā)生在前8天，其質(zhì)量損失速率較快，第8天之后質(zhì)量損失率雖然還在增加，但速率較為緩慢。綜合考慮時(shí)間及其他因素，選擇預(yù)處理時(shí)間為8 d的秸稈進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)，此時(shí)秸稈及其各成分降解率也都達(dá)到高峰，適合后續(xù)厭氧沼氣發(fā)酵。

各成分質(zhì)量損失率的變化

2.3 玉米秸稈沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 日產(chǎn)氣量與甲烷含量

試驗(yàn)分為預(yù)處理組和未預(yù)處理組，其日產(chǎn)氣量如圖5所示，日甲烷含量如圖6所示，兩組試驗(yàn)的日產(chǎn)氣量和日甲烷含量均呈先增大后減小的趨勢(shì)。預(yù)處理組經(jīng)過高產(chǎn)菌株處理后其在第一天的日產(chǎn)氣量為231 mL，甲烷體積分?jǐn)?shù)為57.33%，均比未預(yù)處理組高，并在第7天產(chǎn)氣量達(dá)到頂峰，為478 mL，甲烷體積分?jǐn)?shù)為77.67%，隨后逐漸減小，在第20天產(chǎn)氣量為219 mL，甲烷體積分?jǐn)?shù)為63.33%；未預(yù)處理組在第11天產(chǎn)氣量達(dá)到頂峰，為251 mL，甲烷體積分?jǐn)?shù)為64%，隨后逐漸減小，在第20天產(chǎn)氣量為134 mL，甲烷體積分?jǐn)?shù)為50%；預(yù)處理組的最大日產(chǎn)氣量較未預(yù)處理組提高90.43%，其最大日甲烷含量較未預(yù)處理組提高21.36%；預(yù)處理組產(chǎn)氣量在第7天達(dá)到最大值，較未預(yù)處理組提前4 d。說明高產(chǎn)菌株對(duì)玉米秸稈性質(zhì)的改變可有效提高后續(xù)厭氧沼氣發(fā)酵的產(chǎn)氣量和甲烷含量。

2.3.2 總產(chǎn)氣量與總甲烷產(chǎn)量

20 d的沼氣發(fā)酵，玉米秸稈沼氣發(fā)酵的總產(chǎn)氣量和總甲烷產(chǎn)量如圖7所示，未預(yù)處理組總產(chǎn)氣量為3775 mL，總甲烷

產(chǎn)量為2229 mL；預(yù)處理組總產(chǎn)氣量、總甲烷產(chǎn)量分別為6083和4316 mL，分別較未預(yù)處理組提高61.14%、93.63%。結(jié)果表明，經(jīng)過復(fù)合菌系預(yù)處理后的玉米秸稈，進(jìn)行厭氧沼氣發(fā)酵的總產(chǎn)氣量和總甲烷產(chǎn)量有較大提升，同時(shí)也能縮短發(fā)酵時(shí)間。

3 討 論

本文通過正交試驗(yàn)探究其最佳的預(yù)處理?xiàng)l件。不同的菌株有不同的降解性能及生長(zhǎng)條件，在選用不同菌株預(yù)處理秸稈時(shí)應(yīng)進(jìn)行條件優(yōu)化，才能達(dá)到最大效益；本文試驗(yàn)確定了高產(chǎn)菌株在預(yù)處理玉米秸稈時(shí)的發(fā)酵條件，后續(xù)如果處理其他秸稈，需重新進(jìn)行條件優(yōu)化。

通過設(shè)計(jì)1 L的厭氧發(fā)酵排水集氣裝置，有效反應(yīng)體積800 mL，進(jìn)行沼氣發(fā)酵，檢測(cè)其預(yù)處理效果，通過高產(chǎn)菌株預(yù)處理過的秸稈沼氣發(fā)酵總產(chǎn)氣量為6083 mL，總甲烷產(chǎn)量為4316 mL，后續(xù)可擴(kuò)大反應(yīng)體積以探究其工業(yè)化的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

為確定高產(chǎn)菌株預(yù)處理最佳條件，本文通過正交試驗(yàn)確定了預(yù)處理最佳條件為：初始pH值6.0、玉米秸稈含量2.0%、TR2-35孢子液接種量1.0%、PR2-24孢子液接種量0.5%。通過對(duì)預(yù)處理發(fā)酵料液的定時(shí)檢測(cè)，確定了最佳的預(yù)處理時(shí)間，即經(jīng)過復(fù)合菌系預(yù)處理第8天時(shí)最適合進(jìn)行沼氣發(fā)酵，此時(shí)發(fā)酵液的pH值為6.82，適合厭氧產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)；發(fā)酵液中的COD含量最高，為10080 mg/L，秸稈中的木質(zhì)纖維素也達(dá)到降解的高峰，最適合厭氧沼氣發(fā)酵。

通過設(shè)計(jì)1 L的厭氧發(fā)酵排水集氣裝置，有效反應(yīng)體積800 mL，進(jìn)行沼氣發(fā)酵，實(shí)驗(yàn)分為預(yù)處理組和未預(yù)處理組。預(yù)處理組的日產(chǎn)氣量在第7天達(dá)到最大值，較未預(yù)處理組提前了4 d。經(jīng)過20 d沼氣發(fā)酵，預(yù)處理組的總產(chǎn)氣量和總甲烷產(chǎn)量分別為6083和4316 mL，分別較未預(yù)處理組提高61.14%、93.63%。結(jié)果表明，通過TR2-35、PR2-24菌液預(yù)處理的玉米秸稈能有效提升沼氣產(chǎn)量，縮短發(fā)酵時(shí)間。

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EFFECT OF COMPLEX BACTERIA PRETREATMENT ON ANAEROBIC BIOGAS FERMENTATION OF CORN STRAW

Wang Fengyuan1，2，Jin Haiyan1，2，Yan Zhenli3，Zhao Zigao3，Lu Yunfeng1，2

（1. College of Life Science and Agricultural Engineering， Nanyang Normal University， Nanyang 473061， China；

2. Henan University Biomass Resource Engineering Center， Nanyang 470361， China；

3. State Key Laboratory of Motor Vehicle Biofuel Technology， Nanyang 450003， China）

Abstract：Using corn straw as raw material， corn straw was pretreated with the strains that can efficiently degrade lignocellulose after genome rearrangement breeding obtained in our laboratory， and the pretreated straw was fermented by anaerobic biogas. The optimum conditions for the treatment of straw by compound bacteria were determined by orthogonal test as follows： the initial pH value was 6.00， the content of corn straw was 2.0%， the inoculation amount of TR2-35 spore solution was 1.0%， and the inoculation amount of PR2-24 spore solution was 0.5%； the optimal pretreatment time was determined to be 8 d through the regular detection of the fermentation broth of straw pretreatment. At this time， the pH value of the fermentation broth was 6.82， which is suitable for the growth of anaerobic methanogens. The COD content in the fermentation broth reached the maximum value of 10080 mg/L. The straw and its components also reached the peak of degradation， which is suitable for anaerobic biogas fermentation. Through the design of 1 L anaerobic biogas fermentation drainage gas gathering device， the effective reaction volume was 800 mL， and the biogas fermentation was carried out for 20 d. The results show that the total gas production of the pretreatment group is 6083 mL， and the total methane production is 4316 mL， which are 61.14% and 93.63% higher than that of the non-pretreatment group respectively.

Keywords：biomass energy； biogas； anaerobic digestion； compound bacteria； pretreatment； corn straw