微量元素对玉米秸秆厌氧发酵产沼气及辅酶F-420-的影响

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1、2015年6月农机化研究第6期微量元素对玉米秸秆厌氧发酵产沼气及辅酶F420的影响赵玲，田萌萌，李欣谕，时晓旭(沈阳农业大学工程学院，沈阳110866)摘要:以玉米秸秆为厌氧发酵基质，以微量元素Fe、Co、Ni混合液为添加液，研究中温条件下微量元素的添加对玉米秸秆厌氧发酵产沼气及辅酶F420活性的影响，探讨添加频次与产气效果的关系。结果表明:添加微量元素试验组的累积产气量和产气率稳定性优于未添加试验组;微量元素的添加频次不同，其产气效果也不同;当微量元素混合液中Fe、Co、Ni的浓度为1．0、0．1、0．2mg/L时，每天添加微量元素的试验组产沼气效果最佳，比未添加组累积产气量

2、提高23%，TS、VS降解率分别提高16．1%和22．3%，辅酶F420含量高峰值显著提高。本研究为提高玉米秸秆厌氧发酵的产气效果提供了依据。关键词:玉米秸秆;微量元素;添加频次;沼气;辅酶F420中图分类号:S216．4文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)06－0251－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.061［5］厌氧生物技术学家Speece指出，不同种类的产甲烷0引言菌细胞的元素组成有所不同，即使同种产甲烷菌在不微量元素对于产甲烷菌的生长和活性是非常重同环境条件下微量元素的含量和需求也有所不同。要的。在沼气发酵过程中，

3、微量元素的不足可能会导因而，不同种类反应基质也会影响产甲烷菌对微量元致厌氧系统运行不稳定及有机物降解不完全等问素的需求。［1］题。微量元素不仅参与合成厌氧微生物，还常常作本文以玉米秸秆为厌氧发酵基质，对Fe、Co、Ni为辅酶、辅基、辅因子的成分出现在厌氧发酵微生物在厌氧发酵过程中的作用以及不同添加频次对产气的酶系统中，并且对厌氧发酵的产甲烷阶段起着重要效果的影响进行研究，以辅酶F420的含量作为评价厌［2－4］调控作用。由于对产甲烷菌微量元素需求认识不氧消化器中产甲烷菌活力的指标，旨在为提高玉米秸［5］足，已经阻碍了厌氧消化过程的应用和发展。秆厌氧消化产沼气的效率及运行稳定性提

4、供基础。在产甲烷菌的化学组成中，Fe、Co、Ni的含量较1材料与方法高，需求量大;但以玉米秸秆作为发酵底物，其营养成分单一，微生物代谢必需的微量元素Fe、Co、Ni的含1．1实验材料量较低，在厌氧反应器中很难维持足够的微生物代谢2013年3月－12月在沈阳农业大学能源基地实必需的微量元素的浓度。因此，研究外源添加微量元验室进行。实验所用的玉米秸秆取自沈阳农业大学素Fe、Co、Ni到厌氧发酵系统中，能够促进厌氧反应实验场，经粉碎过筛至2．0～3．0mm备用。接种物取器中产甲烷细菌的正常生长，克服原料成分单一对产自沈阳市近郊某户用沼气池，微量元素添加液由四水气性能的限制，加速厌氧微

5、生物新陈代谢，可有效提合氯化亚铁、六水合氯化钴、六水合氯化镍混合配制高沼气发酵的原料利用率和沼气产气率。美国著名而成。实验材料参数如表1所示。表1玉米秸秆和接种污泥的指标含量Table1Indexcontentofcornstrawandvaccinalsludge%－1－1－1CN成分总固体挥发性固体Fe/mg·kgCo/mg·kgNi/mg·kg玉米秸秆91．384．7543．600．371．6845．430．87接种污泥10．76．41242．780．985．617．300．901．2实验装置收稿日期:2014－06－03采用1000mL的发酵瓶，用橡胶塞密封，再用玻基金

6、项目:辽宁省自然科学基金项目(2013020119);沈阳市科委项目(F11－252－4－00)璃管与乳胶管相连接，恒温水浴锅控制发酵瓶中发酵作者简介:赵玲(1972－)，女，沈阳人，副教授，博士，(E－mail)sy-zling@163．com。料液温度，形成一个小型的厌氧发酵装置。用排水集·251·2015年6月农机化研究第6期气法收集气体。试验采用中温厌氧发酵，利用恒温水浴锅控制发酵温度，温度控制范围是(35±1)℃。1．消化料液2．取液口3．取气口4．导气管5．导液管6．集水瓶7．水8．集气瓶9．消化瓶10．恒温水浴箱图1厌氧消化装置示意图Fig．1Schematico

7、fanaerobicdigestionequipment1．3实验方法1)玉米秸秆沼液预处理。发酵瓶中装入60g玉米秸秆，按1．25%的添加量加入碳酸氢铵调节碳氮比值，将150mL沼液加入到玉米秸秆中混匀，调节含水率至65%，自然培养7d。2)实验设计。试验分为6组进行，将Fe、Co、Ni混合溶液按不同添加频次投入到厌氧发酵瓶中，混合图2微量元素对产气量的影响溶液中各元素浓度是在借鉴前期研究成果及国内外Fig．2Influenceoftraceelementsonvolume相关理论成果的基