秸稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣的微量元素篩選

田萌萌　李欣諭　時曉旭　趙玲

摘要：為研究微量元素對厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣效果的影響，采用Plackett-Burman試驗(yàn)對7種不同微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，以產(chǎn)氣效果為指標(biāo)，篩選對產(chǎn)氣量有重要影響的因子。試驗(yàn)結(jié)果表明：微量元素對秸稈厭氧干發(fā)酵有明顯促進(jìn)作用，最大產(chǎn)氣量為7 922 mL，比空白組提高76.1%；顯著因子為Ni，Mg，Mo。

關(guān)鍵詞：厭氧干發(fā)酵；微量元素；秸稈；沼氣

中圖分類號：S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）02-0039-03

厭氧消化是極為復(fù)雜的生物過程。在參與反應(yīng)的眾多微生物中，產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)劣和密度是影響厭氧消化效率和沼氣產(chǎn)量的重要因素，這使得產(chǎn)甲烷菌的特征及影響因子成為研究重點(diǎn)。微量元素是產(chǎn)甲烷菌生長所必需的，其作為輔因子成分出現(xiàn)在微生物的酶系統(tǒng)中，對酶系統(tǒng)起重要作用。同時，在微生物的呼吸過程中，微量元素與細(xì)胞壁結(jié)合或成為胞外電子受體的電子載體，對呼吸起重要作用。為此，研究微量元素對秸稈厭氧干發(fā)酵反應(yīng)的影響，對提高沼氣產(chǎn)氣量、增加產(chǎn)氣速率有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用Plackett-Burman試驗(yàn)對7種不同微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，探討多種微量元素混合作用對沼氣產(chǎn)氣量的影響，為實(shí)現(xiàn)高效厭氧發(fā)酵提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米秸稈選自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)場，粉碎備用，TS為91.0%。

接種物取自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)科研基地沼氣池，TS為14.2%。

微量元素溶液分別用四水合氯化亞鐵、六水合氯化鎳、六水合氯化鈷、結(jié)晶硫酸鎂、氯化錳、鉬酸鈉和硼酸配制而成。

1.2 試驗(yàn)方法

取500 mL廣口瓶，用橡膠塞密封后，用玻璃管將其與乳膠管相連接；利用恒溫水浴鍋控制廣口瓶中發(fā)酵料液的溫度，形成一個小型的厭氧發(fā)酵裝置。用排水集氣法收集氣體，溫度控制為（35±1） ℃，發(fā)酵料液的總固體質(zhì)量濃度為20%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用Plackett-Burman試驗(yàn)法對選取的7種微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，以產(chǎn)氣效果為指標(biāo)，篩選元素中對沼氣產(chǎn)氣量具有顯著影響的因子。按照PB試驗(yàn)設(shè)計(jì)表進(jìn)行試驗(yàn)，每個元素取2個水平，根據(jù)計(jì)算加入相應(yīng)微量元素。微量元素的水平在PB表中所對應(yīng)的質(zhì)量濃度見表1。

1.4 項(xiàng)目測定及數(shù)據(jù)分析方法

TS，VS分別采用烘干法、灼燒法測定；產(chǎn)氣量采用排水法測定。

采用Excel軟件和SAS JMP 8.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微量元素對沼氣產(chǎn)氣量的影響

選用試驗(yàn)次數(shù)N=12的Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7個因素進(jìn)行考察，每個因素2個水平，響應(yīng)值為累積產(chǎn)氣量（Y）。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

空白組累積產(chǎn)氣量為1 890 mL，與其相比，添加微量金屬元素的12組累積產(chǎn)氣量均有所提高，說明添加微量元素對產(chǎn)氣有明顯的促進(jìn)作用。由表2可知，在12個試驗(yàn)組中，最低產(chǎn)氣量為2 041 mL，最高產(chǎn)氣量為7 922 mL，分別比空白組提高了7.3%和76.1%。兩者之間的產(chǎn)氣效果相差很大，說明微量元素添加量對產(chǎn)氣效果的影響很顯著。

2.2 產(chǎn)氣量重要影響元素確定

利用SAS JMP 8.0軟件對Plackett-Burman試驗(yàn)中各因素的主效應(yīng)進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

由表3可知：Ni，Mg，Mo這3個因素的可信度都在90%以上，其余4個因素的可信度均低于90%，因此確定Ni，Mg，Mo對產(chǎn)氣效果影響最大。

3 結(jié)論

采用Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選用SAS JMP 8.0軟件進(jìn)行微量元素中對秸稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)氣效果影響的重要因子篩選。研究結(jié)果表明，微量金屬元素對秸稈厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣效果有明顯的促進(jìn)作用；在添加微量元素的試驗(yàn)組中，累積產(chǎn)氣量最大值為7 922 mL，比空白組提高了76.1%；通過PB試驗(yàn)篩選出的顯著因子為Ni，Mg，Mo，這3個元素對秸稈厭氧干發(fā)酵的產(chǎn)氣效果影響最大。

摘要：為研究微量元素對厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣效果的影響，采用Plackett-Burman試驗(yàn)對7種不同微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，以產(chǎn)氣效果為指標(biāo)，篩選對產(chǎn)氣量有重要影響的因子。試驗(yàn)結(jié)果表明：微量元素對秸稈厭氧干發(fā)酵有明顯促進(jìn)作用，最大產(chǎn)氣量為7 922 mL，比空白組提高76.1%；顯著因子為Ni，Mg，Mo。

關(guān)鍵詞：厭氧干發(fā)酵；微量元素；秸稈；沼氣

中圖分類號：S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）02-0039-03

厭氧消化是極為復(fù)雜的生物過程。在參與反應(yīng)的眾多微生物中，產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)劣和密度是影響厭氧消化效率和沼氣產(chǎn)量的重要因素，這使得產(chǎn)甲烷菌的特征及影響因子成為研究重點(diǎn)。微量元素是產(chǎn)甲烷菌生長所必需的，其作為輔因子成分出現(xiàn)在微生物的酶系統(tǒng)中，對酶系統(tǒng)起重要作用。同時，在微生物的呼吸過程中，微量元素與細(xì)胞壁結(jié)合或成為胞外電子受體的電子載體，對呼吸起重要作用。為此，研究微量元素對秸稈厭氧干發(fā)酵反應(yīng)的影響，對提高沼氣產(chǎn)氣量、增加產(chǎn)氣速率有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用Plackett-Burman試驗(yàn)對7種不同微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，探討多種微量元素混合作用對沼氣產(chǎn)氣量的影響，為實(shí)現(xiàn)高效厭氧發(fā)酵提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米秸稈選自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)場，粉碎備用，TS為91.0%。

接種物取自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)科研基地沼氣池，TS為14.2%。

微量元素溶液分別用四水合氯化亞鐵、六水合氯化鎳、六水合氯化鈷、結(jié)晶硫酸鎂、氯化錳、鉬酸鈉和硼酸配制而成。

1.2 試驗(yàn)方法

取500 mL廣口瓶，用橡膠塞密封后，用玻璃管將其與乳膠管相連接；利用恒溫水浴鍋控制廣口瓶中發(fā)酵料液的溫度，形成一個小型的厭氧發(fā)酵裝置。用排水集氣法收集氣體，溫度控制為（35±1） ℃，發(fā)酵料液的總固體質(zhì)量濃度為20%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用Plackett-Burman試驗(yàn)法對選取的7種微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，以產(chǎn)氣效果為指標(biāo)，篩選元素中對沼氣產(chǎn)氣量具有顯著影響的因子。按照PB試驗(yàn)設(shè)計(jì)表進(jìn)行試驗(yàn)，每個元素取2個水平，根據(jù)計(jì)算加入相應(yīng)微量元素。微量元素的水平在PB表中所對應(yīng)的質(zhì)量濃度見表1。

1.4 項(xiàng)目測定及數(shù)據(jù)分析方法

TS，VS分別采用烘干法、灼燒法測定；產(chǎn)氣量采用排水法測定。

采用Excel軟件和SAS JMP 8.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微量元素對沼氣產(chǎn)氣量的影響

選用試驗(yàn)次數(shù)N=12的Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7個因素進(jìn)行考察，每個因素2個水平，響應(yīng)值為累積產(chǎn)氣量（Y）。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

空白組累積產(chǎn)氣量為1 890 mL，與其相比，添加微量金屬元素的12組累積產(chǎn)氣量均有所提高，說明添加微量元素對產(chǎn)氣有明顯的促進(jìn)作用。由表2可知，在12個試驗(yàn)組中，最低產(chǎn)氣量為2 041 mL，最高產(chǎn)氣量為7 922 mL，分別比空白組提高了7.3%和76.1%。兩者之間的產(chǎn)氣效果相差很大，說明微量元素添加量對產(chǎn)氣效果的影響很顯著。

2.2 產(chǎn)氣量重要影響元素確定

利用SAS JMP 8.0軟件對Plackett-Burman試驗(yàn)中各因素的主效應(yīng)進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

由表3可知：Ni，Mg，Mo這3個因素的可信度都在90%以上，其余4個因素的可信度均低于90%，因此確定Ni，Mg，Mo對產(chǎn)氣效果影響最大。

3 結(jié)論

采用Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選用SAS JMP 8.0軟件進(jìn)行微量元素中對秸稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)氣效果影響的重要因子篩選。研究結(jié)果表明，微量金屬元素對秸稈厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣效果有明顯的促進(jìn)作用；在添加微量元素的試驗(yàn)組中，累積產(chǎn)氣量最大值為7 922 mL，比空白組提高了76.1%；通過PB試驗(yàn)篩選出的顯著因子為Ni，Mg，Mo，這3個元素對秸稈厭氧干發(fā)酵的產(chǎn)氣效果影響最大。

摘要：為研究微量元素對厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣效果的影響，采用Plackett-Burman試驗(yàn)對7種不同微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，以產(chǎn)氣效果為指標(biāo)，篩選對產(chǎn)氣量有重要影響的因子。試驗(yàn)結(jié)果表明：微量元素對秸稈厭氧干發(fā)酵有明顯促進(jìn)作用，最大產(chǎn)氣量為7 922 mL，比空白組提高76.1%；顯著因子為Ni，Mg，Mo。

關(guān)鍵詞：厭氧干發(fā)酵；微量元素；秸稈；沼氣

中圖分類號：S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）02-0039-03

厭氧消化是極為復(fù)雜的生物過程。在參與反應(yīng)的眾多微生物中，產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)劣和密度是影響厭氧消化效率和沼氣產(chǎn)量的重要因素，這使得產(chǎn)甲烷菌的特征及影響因子成為研究重點(diǎn)。微量元素是產(chǎn)甲烷菌生長所必需的，其作為輔因子成分出現(xiàn)在微生物的酶系統(tǒng)中，對酶系統(tǒng)起重要作用。同時，在微生物的呼吸過程中，微量元素與細(xì)胞壁結(jié)合或成為胞外電子受體的電子載體，對呼吸起重要作用。為此，研究微量元素對秸稈厭氧干發(fā)酵反應(yīng)的影響，對提高沼氣產(chǎn)氣量、增加產(chǎn)氣速率有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用Plackett-Burman試驗(yàn)對7種不同微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，探討多種微量元素混合作用對沼氣產(chǎn)氣量的影響，為實(shí)現(xiàn)高效厭氧發(fā)酵提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米秸稈選自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)場，粉碎備用，TS為91.0%。

接種物取自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)科研基地沼氣池，TS為14.2%。

微量元素溶液分別用四水合氯化亞鐵、六水合氯化鎳、六水合氯化鈷、結(jié)晶硫酸鎂、氯化錳、鉬酸鈉和硼酸配制而成。

1.2 試驗(yàn)方法

取500 mL廣口瓶，用橡膠塞密封后，用玻璃管將其與乳膠管相連接；利用恒溫水浴鍋控制廣口瓶中發(fā)酵料液的溫度，形成一個小型的厭氧發(fā)酵裝置。用排水集氣法收集氣體，溫度控制為（35±1） ℃，發(fā)酵料液的總固體質(zhì)量濃度為20%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用Plackett-Burman試驗(yàn)法對選取的7種微量元素進(jìn)行優(yōu)化篩選，以產(chǎn)氣效果為指標(biāo)，篩選元素中對沼氣產(chǎn)氣量具有顯著影響的因子。按照PB試驗(yàn)設(shè)計(jì)表進(jìn)行試驗(yàn)，每個元素取2個水平，根據(jù)計(jì)算加入相應(yīng)微量元素。微量元素的水平在PB表中所對應(yīng)的質(zhì)量濃度見表1。

1.4 項(xiàng)目測定及數(shù)據(jù)分析方法

TS，VS分別采用烘干法、灼燒法測定；產(chǎn)氣量采用排水法測定。

采用Excel軟件和SAS JMP 8.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微量元素對沼氣產(chǎn)氣量的影響

選用試驗(yàn)次數(shù)N=12的Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7個因素進(jìn)行考察，每個因素2個水平，響應(yīng)值為累積產(chǎn)氣量（Y）。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

空白組累積產(chǎn)氣量為1 890 mL，與其相比，添加微量金屬元素的12組累積產(chǎn)氣量均有所提高，說明添加微量元素對產(chǎn)氣有明顯的促進(jìn)作用。由表2可知，在12個試驗(yàn)組中，最低產(chǎn)氣量為2 041 mL，最高產(chǎn)氣量為7 922 mL，分別比空白組提高了7.3%和76.1%。兩者之間的產(chǎn)氣效果相差很大，說明微量元素添加量對產(chǎn)氣效果的影響很顯著。

2.2 產(chǎn)氣量重要影響元素確定

利用SAS JMP 8.0軟件對Plackett-Burman試驗(yàn)中各因素的主效應(yīng)進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

由表3可知：Ni，Mg，Mo這3個因素的可信度都在90%以上，其余4個因素的可信度均低于90%，因此確定Ni，Mg，Mo對產(chǎn)氣效果影響最大。

3 結(jié)論

采用Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選用SAS JMP 8.0軟件進(jìn)行微量元素中對秸稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)氣效果影響的重要因子篩選。研究結(jié)果表明，微量金屬元素對秸稈厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣效果有明顯的促進(jìn)作用；在添加微量元素的試驗(yàn)組中，累積產(chǎn)氣量最大值為7 922 mL，比空白組提高了76.1%；通過PB試驗(yàn)篩選出的顯著因子為Ni，Mg，Mo，這3個元素對秸稈厭氧干發(fā)酵的產(chǎn)氣效果影響最大。