生物工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）水稻秸稈和大豆秸稈發(fā)酵過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的初步研究

1、southwest university of science and technology 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）水稻秸稈和大豆秸稈發(fā)酵過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的初步研究學(xué)院名稱生命科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)名稱生物工程學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師副教授二一一年六月 水稻秸稈和大豆秸稈發(fā)酵過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的初步研究摘要：以水稻秸稈和大豆秸稈為研究材料，分析比較兩種秸稈在發(fā)酵過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系。結(jié)果表明：在秸稈好氧和厭氧發(fā)酵的不同時(shí)期，總糖物質(zhì)隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，百分比趨勢(shì)都是隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸減小的最后趨于平衡；然而還原糖的含量卻與之相反，呈現(xiàn)出先增加而減少后平衡的趨勢(shì)，而好氧發(fā)酵的增加趨勢(shì)更加的明顯?？偟暮康臏y(cè)定

2、則是呈現(xiàn)梯度的減少最后達(dá)到平衡。當(dāng)然在發(fā)酵過(guò)程中溫度，ph,濕度等因素都會(huì)從一定程度上影響測(cè)定的結(jié)果。最終分析表明:在測(cè)定總糖、還原糖、總氮等相關(guān)物質(zhì)指標(biāo)的發(fā)酵過(guò)程中都是按照一定的特性曲線排列的，并對(duì)比厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵，前期則是好氧發(fā)酵更劇烈，后期則是厭氧發(fā)酵。最終從圖表分析反映此次秸稈發(fā)酵過(guò)程是比較徹底的。關(guān)鍵詞：秸稈；厭氧發(fā)酵；好氧發(fā)酵；總糖material conversion during the fermentation of rice straw and soybean straw abstract: rice straw and soybean straw were used

3、for material to analyze and to compare the material conversion during the anaerobic fermentation and the aerobic fermentation. the results showed that: in the different period of anaerobic fermentation and aerobic fermentation. in the beginning, the percentage of total sugar is decreasing regularly,

4、 at last, the curve is tending to balance. in contrast, the percentage of reducing sugar is entirely different. the curve is firstly increasing, then decreasing, finally went to balance. the trend was more obvious during the aerobic fermentation. the content of total nitrogen presented decreasing gr

5、aded to one position and tended to balance. of course, during the fermentation, ph、temperature、humidity, and so on , might influence the determination result. the last result showed that total sugar、reducing sugar、total nitrogen、etc, are tactic with characteristic property during the fermentation of

6、 rice. compare anaerobic fermentation with aerobic fermentation. the former was more severe than the feedback at the preliminary phase. the feedback was more severe at the last of fermentation.key words: rice， fermentation，conversion目 錄第1章 緒 論11.1 概述11.2 秸稈利用現(xiàn)狀11.3 秸稈的化學(xué)成份51.4 研究目的和意義61.5 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展

7、水平6第2章 材料與方法82.1 試驗(yàn)技術(shù)路線82.1.1 試驗(yàn)材料82.1.2試驗(yàn)器材82.1.3試驗(yàn)藥劑92.2 測(cè)定指標(biāo)及方法92.2.1總氮測(cè)定92.2.2總磷測(cè)定102.2.3總糖和還原糖的測(cè)定10第3章 結(jié)果與分析123.1 水稻秸稈發(fā)酵過(guò)程物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析123.1.1總糖在發(fā)酵過(guò)程中分析123.1.2 發(fā)酵過(guò)程中對(duì)還原糖數(shù)據(jù)的分析133.1.3 發(fā)酵過(guò)程中對(duì)總磷數(shù)據(jù)的分析153.1.4發(fā)酵過(guò)程中對(duì)總氮測(cè)定的分析163.1.5發(fā)酵過(guò)程中對(duì)鉀測(cè)定的分析173.2大豆秸稈在發(fā)酵過(guò)程物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析193.2.1 發(fā)酵過(guò)程對(duì)總糖的分析193.2.3發(fā)酵過(guò)程中還原糖的分析203.2.3發(fā)酵過(guò)程對(duì)

8、總磷的分析223.2.4發(fā)酵過(guò)程對(duì)總氮的分析233.2.5發(fā)酵過(guò)程對(duì)總鉀的分析24結(jié) 論27致 謝28參考文獻(xiàn)29第1章 緒 論1.1 概述平常我們經(jīng)常提到的秸稈是指水稻，花生，油菜，玉米，甘蔗等田間農(nóng)作物在收獲果實(shí)后所剩下的一部分,農(nóng)作物秸稈是具有產(chǎn)量大、分布廣、用途大等特點(diǎn)的一類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，同樣也是重要的可再生的生物資源。其中主要秸稈含磷、氮、碳、鉀成份的平均含量依次是0.33，0.6、45、10。農(nóng)作物秸稈主要成份包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、淀粉等有機(jī)物和氮、磷、鉀、氨、鎂、硫等多種不同物質(zhì)。農(nóng)作物秸稈的主要組成部分是植物細(xì)胞壁，并且有一半的光合作用的產(chǎn)物是存在農(nóng)作物秸稈

9、中。根據(jù)聯(lián)合國(guó)能源部門的相關(guān)研究表明，秸稈是一種既清潔又環(huán)保的可再生能源，秸稈熱值達(dá)到了15000千焦/kg，這相當(dāng)于同等質(zhì)量下煤的50的熱量。秸稈平均含硫量只有38，然而煤的平均含硫量卻有1之多。據(jù)世界衛(wèi)生組織部門統(tǒng)汁，世界各地每年種植的各種農(nóng)作物剩下的所產(chǎn)生的秸稈多達(dá)17億噸，但是其中大部分都沒(méi)有得到充分的利用。秸稈也是農(nóng)產(chǎn)品，秸稈占農(nóng)業(yè)總生物量的50左右。農(nóng)作物秸稈也是非常重要的生物資源，不要讓這種資源給浪費(fèi)掉，要形成浪費(fèi)秸稈就是浪費(fèi)土地、浪費(fèi)水資源和浪費(fèi)農(nóng)業(yè)投入的經(jīng)濟(jì)意識(shí)、生態(tài)意識(shí)，開(kāi)發(fā)秸稈利用的新方法對(duì)農(nóng)作物秸稈的增值、農(nóng)民的增收、減少焚燒秸稈帶來(lái)的環(huán)境污染、發(fā)展生態(tài)畜牧業(yè)和退耕還林

10、還草具有較大的推動(dòng)作用1。 1.2 秸稈利用現(xiàn)狀1.2.1秸稈焚燒危害據(jù)相關(guān)報(bào)道，我國(guó)每年農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量達(dá)到了7億噸左右，占全球總量的30%，居全世界之首，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。在中國(guó)約有30的秸稈作為廢棄物而直接焚燒掉后還田或就地焚燒還田或掩埋于土層中還田，由于缺少完善的技術(shù)這種利用方式不僅效率低而且還不夠環(huán)保給環(huán)境帶來(lái)了污染。給環(huán)境帶來(lái)的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1. 破壞農(nóng)作物土壤的結(jié)構(gòu)，造成耕地面積質(zhì)量下降。不僅影響農(nóng)作物對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)成分的充分利用，造成了農(nóng)田作物產(chǎn)量和質(zhì)量的下降甚至是出現(xiàn)大面積的死亡，還影響到農(nóng)民的收益和國(guó)家gdp2。同時(shí)在農(nóng)田中焚燒農(nóng)作物秸稈會(huì)使地表面積溫度急劇的上

11、升，許多土壤中的有益微生物和有益細(xì)菌就這樣被直接的燒死和燙死，土壤水分損失達(dá)到了6580，農(nóng)作物土壤中的好氧肥力就被破壞，同時(shí)農(nóng)作物土壤的保水性能就這樣大大的下降，造成了土壤板結(jié)經(jīng)不起干旱。2.污染大氣環(huán)境，危害人類的身體健康。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，在秸稈焚燒的時(shí)候，空氣中二氧化氮、二氧化硫、可吸入微塵顆粒物三項(xiàng)污染指數(shù)指標(biāo)達(dá)到高峰值，其中二氧化氮和可吸入微塵顆粒物的濃度與沒(méi)秸稈焚燒時(shí)相比達(dá)到了3倍之多，二氧化硫濃度是平時(shí)沒(méi)有秸稈焚燒的一倍多，這就相當(dāng)于每日平均濃度五級(jí)的水平。當(dāng)可吸入微塵顆粒物濃度達(dá)到某種程度以上時(shí)，對(duì)人的鼻子，咽喉和眼睛等含有黏膜的人體器官刺激性就較大，輕則造成胸悶、流淚、咳嗽

12、，嚴(yán)重時(shí)就可能導(dǎo)致支氣管炎甚至更嚴(yán)重的后果發(fā)生。3. 引發(fā)嚴(yán)重火災(zāi)，對(duì)群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全造成了威脅。在焚燒秸稈的時(shí)候，要注意秸稈周圍是否有易燃易爆物品，特別是在人口密集附近，村莊附近，兒童玩耍較多的地方要留意，如果一旦發(fā)生火災(zāi)，將會(huì)造成不堪設(shè)想的后果。 4. 造成交通事故，影響航空和交通道路安全。露天秸稈焚燒所引起的一個(gè)最為顯著的難題就是在秸稈焚燒的過(guò)程中所產(chǎn)生滾滾的濃煙直接對(duì)鐵路、民航、高速公路的正常的運(yùn)營(yíng)造成了極其不利的影響，對(duì)道路交通安全構(gòu)成了不必要的威脅。每當(dāng)?shù)睫r(nóng)作物收割的季節(jié)，農(nóng)村就要大量焚燒所剩下的秸稈，大量濃煙就給飛機(jī)場(chǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，有時(shí)候飛機(jī)場(chǎng)的能見(jiàn)度常常低于300米，對(duì)

13、飛機(jī)場(chǎng)航班的正常起飛和降落造成了嚴(yán)重的影響，航空飛行公司和乘坐旅客對(duì)此反映十分強(qiáng)烈，一旦導(dǎo)致飛行事故，將造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。5.秸稈焚燒所產(chǎn)生的滾滾的煙霧、一大片一大片的焦土，給一個(gè)地區(qū)的環(huán)境形象和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了極大的破壞。1.2.2 解決秸稈焚燒問(wèn)題出路 1. 秸稈燃料秸稈作燃料，是秸稈的主要用途之一。就目前全國(guó)范圍來(lái)說(shuō)，秸稈仍然主要用于作燃料,占全國(guó)秸稈產(chǎn)量的50%以上，秸稈作燃料，仍然以直接燃燒為主，煙熏火燎，衛(wèi)生，能源利用率僅為13%。近幾年出現(xiàn)了秸稈氣化技術(shù)，通過(guò)對(duì)秸稈不完全燃燒或干餾，獲得可燃?xì)庾魅剂稀Ｒ灿袑⒔斩捦ㄟ^(guò)生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣作燃料。這些生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)可提高能源利用2

14、-4倍，但應(yīng)用很少。 2. 秸稈還田 秸稈還田是一項(xiàng)改善土壤化學(xué)性質(zhì)增加土地肥力的很好措施。將秸稈粉碎發(fā)酵后埋入土中，將有利于土壤中微生物的利用。秸稈中含有大量的有機(jī)物、微量元素、磷和氮等物質(zhì)，還田可以供農(nóng)作物吸收利用，變廢為寶。在目前，我國(guó)已經(jīng)有專門的秸稈還田設(shè)備來(lái)幫助還田，并在一些地方開(kāi)始試用。國(guó)家都十分的重視秸稈對(duì)施肥結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理性，但由于秸稈還田存在著很大的局限性，所以某些技術(shù)還不夠成熟。但是在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，例如美國(guó)，英國(guó)等國(guó)家的水稻秸稈，小麥秸稈很多一部分都用于還田。秸稈還田有許多的方法，一是直接還田，就是將農(nóng)作物秸稈直接埋入土壤中或者是覆蓋在農(nóng)田表面上。二是過(guò)腹還田，這種方法就

15、是將秸稈作為飼料，喂食家禽，經(jīng)過(guò)家禽的消化系統(tǒng)處理后，變成糞便再埋入土壤中，增加土壤的肥力。這種方法是十分具有環(huán)保性，生態(tài)性。但在目前看來(lái)，這種還田方法推廣還不夠多。三是焚燒還田，顧名思義就是將秸稈焚燒過(guò)后，將其掩埋還田6。3.秸稈飼料由于秸稈成分主要是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、粗蛋白，很難直接用作飼料。所以在之前要將秸稈粗纖維進(jìn)行處理將其主要成分進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，提高秸稈的利用率和秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。目前秸稈飼料具有粗纖維含量高、蛋白質(zhì)含量少、粗灰分含量高的特點(diǎn)。但是由于我國(guó)秸稈資源豐富，價(jià)格便宜。如果得到科學(xué)的知道，這將是個(gè)很值得推廣的處理秸稈的方法7。4.秸稈發(fā)電秸稈發(fā)電主要是用農(nóng)作物秸稈作為

16、主要的燃料進(jìn)行燃燒而進(jìn)行的發(fā)電方式，也稱為秸稈燃燒發(fā)電。使用秸稈直接發(fā)電的類型秸稈主要有三類，第一類是黃色秸稈，主要有玉米秸稈、水稻秸稈等農(nóng)作物秸稈，第二類是灰色秸稈，主要是大豆秸稈，棉花秸稈等密度較大的植被。第三類則是被壓縮成一定體積顆粒的秸稈，有利于增加秸稈燃燒的表面積。作為農(nóng)民的生活用能，秸稈燃燒效率只有約15%，而生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐可以將熱效率提高到90%以上，大大降低了廢棄物的排放。由于燃料是農(nóng)作物秸稈，生物質(zhì)發(fā)電不僅可提供清潔能源，而且能變廢為寶。1.2.3 解決秸稈焚燒問(wèn)題的建議 1.建設(shè)大型有機(jī)肥料生產(chǎn)廠 把秸稈粉碎,進(jìn)行快速發(fā)酵制造有機(jī)肥料,是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。如果在秸稈過(guò)剩地

17、區(qū)建設(shè)年產(chǎn)10-50萬(wàn)噸以秸稈為原料的有機(jī)肥料工廠,不但可以“消化”掉大量秸稈,同時(shí)可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在綠色食品越來(lái)越走俏的今天,有機(jī)肥料生產(chǎn)具有廣闊的前景。 2.建設(shè)大型秸稈炭化工廠 如果在秸稈過(guò)剩地區(qū)建設(shè)年產(chǎn)碳10-50萬(wàn)噸秸稈炭化廠,每年可消化35-165萬(wàn)噸秸稈,同時(shí)可產(chǎn)中熱值燃?xì)?.3-1.2億m3,可供中小城市居民用氣；產(chǎn)木焦油3-15萬(wàn)噸。 3.推廣秸稈炭粉與化肥混合技術(shù) 把秸稈炭化獲得炭粉,再將炭粉與化肥混合施于農(nóng)田中,可減少化肥流失,提高化肥利用率,可使糧食增產(chǎn)。這是一項(xiàng)成熟的技術(shù),不但“消化”大量秸稈,同時(shí),減少化肥污染,提高糧食產(chǎn)量也是很明顯的。 4.建設(shè)大型秸稈發(fā)

18、電廠 不論是將秸稈粉碎進(jìn)行噴粉燃燒發(fā)電,還是將秸稈壓塊燃燒發(fā)電,技術(shù)上是成熟的。如果在秸稈過(guò)剩地區(qū)建設(shè)一座20萬(wàn)kw秸稈發(fā)電廠,不但每年可“消化”掉180萬(wàn)t秸稈,而且還可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 5.開(kāi)發(fā)秸稈類煤化應(yīng)用技術(shù) 我國(guó)對(duì)煤炭的應(yīng)用是很廣泛的,特別是大工業(yè)生產(chǎn)中用量很大。如果秸稈類煤化應(yīng)用，其消耗量是相當(dāng)大的。類煤化應(yīng)用方法很多,目前可以采取摻混方法,將秸稈固化、顆?；⒎勰┗?摻入相當(dāng)?shù)拿禾窟M(jìn)行利用。曾有試驗(yàn)表明:將10%的秸稈粉摻入煤炭煉焦中,可增加煤氣產(chǎn)量,焦炭無(wú)明顯變化。 6.建設(shè)大型秸稈固化裝置將秸稈粉碎在高壓力下制成密度大于1.0的人造棒的技術(shù)是成熟的。如果在秸稈過(guò)剩地區(qū)建

19、立大型秸稈固化裝置,可把松散的秸稈制成類木棒,便于保存,便于運(yùn)輸,便于進(jìn)入大工業(yè)中利用。 關(guān)于秸稈收集和運(yùn)輸問(wèn)題,只要形成了大規(guī)模應(yīng)用,收集和運(yùn)輸也將隨之形成專業(yè)化行業(yè)。我國(guó)煤炭的運(yùn)輸半徑在800km以上,且在運(yùn)輸中易產(chǎn)生粉塵污染。而秸稈的運(yùn)輸半徑比煤小得多,且不會(huì)產(chǎn)生污染。 1.3 秸稈的化學(xué)成份 1.3.1秸稈的一般化學(xué)成分 農(nóng)作物秸稈是由大量的合機(jī)物和少量的無(wú)機(jī)鹽及水所構(gòu)成。其有機(jī)物的主要成分是纖維類的碳水化合物，此外還有少量的粗蛋白和粗脂肪。碳水化食物內(nèi)纖維類物質(zhì)和可溶性糖類組成。纖維素類物質(zhì)是植物細(xì)胞壁的主要成分，它包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等。在常規(guī)分析中，纖維類物質(zhì)用粗纖維表示

20、，可溶性糖類用無(wú)氯浸出物表示，泛指不包括粗纖維的碳水化合物一般不再進(jìn)行分析測(cè)定，而是根據(jù)秸稈中其他養(yǎng)分的含量進(jìn)行計(jì)算得出。秸稈中的無(wú)機(jī)鹽，用粗灰分表示，由硅酸鹽其他少量微量元素組成含量大約為6，但稻草中的硅酸鹽含量很高，達(dá)12以上。農(nóng)作物成熟后，其秸稈中的維生素差不多全被破壞，因此秸稈中很少含有維生素。 1.3.2秸稈主要組成成分的化學(xué)特性與作用1.纖維素 纖維素是植物中最豐富的物質(zhì)、又是細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分。在作物秸稈中含量達(dá)4050。纖維素分子是由許多葡萄糖分子經(jīng)1,4糖鍵結(jié)合而成的毗喃葡萄糖單位組成。在好氧界主要以微纖維組成的結(jié)晶形狀存在?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于稀酸。在高溫、高壓和酸煮條件

21、下可水解成葡萄糖。在家畜消化道中共生的微生物能分泌水解纖維素的酶,可將纖維素分解成揮發(fā)性脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸,被家畜吸收利用3。2.半纖維素 半纖維素是戊糖、己糖和多糖醛酸及其甲酯的縮合物，其主要成分是戊聚糖。一般不溶于熱水,而镕于稀酸。半纖維素在秸稈的木質(zhì)部分含量很高，植物木質(zhì)部分的半纖維素主要是木聚糖和葡萄糖醛酸的縮合物,其比例是612.1。小麥秸稈中半纖維素主要是糖醛酸、阿拉伯糖和木糖縮合體,其比例為1：1：23。玉米秸稈里的半纖維素是5.1葡萄糖醛酸和94.8木糖的縮合物。豆科植物(甘秸)則幾乎都是單純的半乳糖縮合體。半纖維素在植物體內(nèi)的作用，一是起支架和骨干作用，二是起儲(chǔ)藏碳水化食

22、物的作用。在家畜消化道中,只有共生的微生物分泌的酶才能水解半纖維，分解的最終產(chǎn)物是乙酸、丙酸和丁酸等低級(jí)揮發(fā)性脂肪酸。3.木質(zhì)素 木質(zhì)素是一類酚酸多聚體混合物苯丙烷及其衍生物為基本單位構(gòu)成的高分子芳香醇能被家畜所利用,它常常與半纖維素、纖維親鑲嵌在一起,極不容易分開(kāi)。在木質(zhì)素的生物合成過(guò)程中香豆醇、松伯醇和芥子醇三個(gè)重要先體。在縮合物中其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)成分為羧基苯、鄰甲氧苯基和丁香。由于木質(zhì)素的存在，不僅影響微生物酵解纖維素和半纖維素,還影響到秸稈的綜合利用1.4 研究目的和意義秸稈是一種潛在的非競(jìng)爭(zhēng)資源，是全世界最豐富的可利用能源之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界秸稈年產(chǎn)量約29億多噸，其中小麥秸占21%，稻

23、草占19%，大麥秸占10%，玉米秸占35%等。小麥秸以亞洲、歐洲、和美洲產(chǎn)量最高；稻草以亞洲為最多；大麥秸以歐洲最為豐富,亞洲和北美洲次之。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)農(nóng)作物年播種總面積為1.444億公頃,其中糧食作物占76%左右,年產(chǎn)糧食4億噸左右,年產(chǎn)秸稈可達(dá)5億噸左右。秸稈產(chǎn)量由多到少的順序?yàn)椋旱静荨⑿←溄?、玉米秸、薯類和其他農(nóng)作物。據(jù)相關(guān)報(bào)道,全球農(nóng)作物秸稈有77%被用來(lái)直接入土還田或直接被燒掉,15%作為房屋建設(shè)材料或其他生產(chǎn)材料,還有9%拿來(lái)其他用途。我國(guó)大約有80%的秸稈作為廢棄物直接燒掉,還有很少一部分用來(lái)回收利用，僅有2%左右作為造紙工業(yè),以及其他手工業(yè)材料。我國(guó)的水稻秸稈的產(chǎn)量巨大

24、，但由于秸稈的可消化的蛋白質(zhì)含量少,粗纖維的含量較高,大多纖維素不能被家禽腸道消化分解,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低,目前對(duì)此資源的利用大多以廢棄或燃燒為主要方式，利用率低并且污染環(huán)境,因此必須解決秸稈綜合利用的問(wèn)題。所以在利用之前就必須了解秸稈的理化性質(zhì)以及化學(xué)成分,本試驗(yàn)就是通過(guò)對(duì)水稻秸稈在發(fā)酵過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化來(lái)分析相關(guān)的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。 1.5 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展水平國(guó)內(nèi)外對(duì)秸稈材料的利用已有很長(zhǎng)時(shí)間,在傳統(tǒng)利用方式基礎(chǔ)上,形成了新的方式，為農(nóng)作物秸稈的利用開(kāi)辟了新的途徑：1.傳統(tǒng)利用方式農(nóng)作物秸稈主要的利用方式有：用于農(nóng)村房屋建筑材料（現(xiàn)在已少用）；直接燃燒用作農(nóng)村生活能源（比例日益降低）；用作動(dòng)物飼

25、料；還田用作農(nóng)家肥料。這些傳統(tǒng)利用方法都是就地、簡(jiǎn)單、低值利用，雖然從生態(tài)學(xué)角度講具有一定價(jià)值和優(yōu)勢(shì),但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平提高,逐步被放棄或被其它利用方式替代。2.現(xiàn)代利用方式：農(nóng)業(yè)利用農(nóng)村能源利用：主要是利用植物秸稈生產(chǎn)潔凈的可燃?xì)怏w,主要包括厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甲烷氣、熱解生產(chǎn)混合可燃?xì)?、通過(guò)化學(xué)或生物方法制氫氣。動(dòng)物飼料利用有機(jī)肥料利用工業(yè)化利用：傳統(tǒng)制漿造紙：經(jīng)過(guò)化學(xué)和生物方法,將生物質(zhì)材料中的三大組分木質(zhì)素、纖維素和半纖維分離,利用纖維素造紙。生物質(zhì)能源利用：工業(yè)化沼氣、工業(yè)化熱解集中供氣、工業(yè)化制氫、工業(yè)酒精環(huán)保材料 其它：制木糖醇、木質(zhì)素、活性炭第2章 材料與方法2.1 試驗(yàn)技

26、術(shù)路線本實(shí)驗(yàn)按照以下試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行.活性污泥秸稈烘干粉碎發(fā)酵測(cè)定氮磷糖類 表2-1 試驗(yàn)技術(shù)路線2.1.1 試驗(yàn)材料本次試驗(yàn)選擇的是粉碎過(guò)，粒徑為0.1mm的水稻秸稈和大豆秸稈。分別稱取3kg為厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵的原材料?；钚晕勰?，取自西南科技大學(xué)污水處理廠。2.1.2 試驗(yàn)器材表2-2 主要器材試 驗(yàn) 器 材數(shù) 目凱 氏 定 氮 儀1消 化 爐1分 光 光 度 計(jì)1水 浴 鍋1電 子 天 平1溫 度 計(jì)125ml 比 色 管25100ml三 角 瓶30100ml容 量 瓶2650ml容 量 瓶26消 化 瓶16滴 定 瓶42.1.3 試驗(yàn)藥劑表2-3 試驗(yàn)主要藥劑配制試劑 所需試劑硼酸指示劑混

27、合液 硼酸、溴甲酚綠、甲基紅、乙醇甲基紅指示劑 甲基紅、乙醇酚酞酚酞10mol/l氫氧化鈉氫氧化鈉0.01mol/l硫酸濃硫酸鉬銻抗試劑抗壞血酸、酒石酸氧鉬銻、鉬銻銨2，4-二硝基酚指示劑二硝基酚4mol/l氫氧化鈉 氫氧化鈉3，5-二硝基水楊酸氫氧化鈉、結(jié)晶酚、亞硫酸鈉等葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液分析純葡萄糖磷標(biāo)準(zhǔn)液 磷酸二氫鉀、濃硫酸2.2 測(cè)定指標(biāo)及方法秸稈主要物質(zhì)是纖維素，半纖維素和木質(zhì)素，它們都是由葡萄糖組成的大分子多糖，在發(fā)酵過(guò)程中就選擇總糖，還原糖，總氮，總磷為測(cè)定指標(biāo)來(lái)表示秸稈由大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)的過(guò)程。2.2.1 總氮測(cè)定1消煮稱取研磨烘干的水稻秸稈和大豆秸稈0.5000g，加入到

28、100ml的開(kāi)氏瓶中，先用水濕潤(rùn)樣品，然后加濃硫酸8ml，輕輕搖勻，瓶口放一個(gè)彎頸漏斗，在消化爐上先低溫緩緩加熱，待濃硫酸分解冒白煙逐漸升高溫度。當(dāng)溶液全部呈棕黑色時(shí)，從消化爐上取下開(kāi)氏瓶，稍冷，逐漸加入300gl-1 h2o210滴，并不斷搖動(dòng)開(kāi)氏瓶，以利反應(yīng)充分進(jìn)行。再加熱至微沸10到20min，稍冷后再加熱5到10min，以除盡過(guò)剩的h2o2。取出開(kāi)氏瓶冷卻，用少量水沖洗小漏斗，洗液洗入瓶中。將消煮液用水定容至100ml。取2ml用于總碳測(cè)定。用定量濾紙過(guò)濾于錐形瓶中，封口保存。在樣品分解的同時(shí)做一個(gè)空白試驗(yàn)，所用試劑同上，但不加樣品，同樣消煮得空白消煮液。2測(cè)定 吸取過(guò)濾液1-5ml至

29、消化管內(nèi)，再加入約60ml水，搖勻，置于定氮儀上。于三角瓶中加入25ml20gl-1硼酸指示劑混合液，將三角瓶置于定氮儀冷凝器的承接管下，管口插入硼酸溶液中，以免吸收不完全。然后向消化管內(nèi)緩緩加入35ml400gl-1氫氧化鈉溶液，蒸餾約5min后停止。用少量水洗滌冷凝管的末端 ，洗液收入三角瓶?jī)?nèi)。用0.01moll-1硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定流出液，由藍(lán)綠色至剛變?yōu)榧t紫色。記錄所用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。同樣，取空白消煮液按以上順序測(cè)定空白所用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，一般不得超過(guò)0.40ml。2.2.2 總磷測(cè)定1. 制作標(biāo)準(zhǔn)曲線準(zhǔn)確吸取5gml-1，p標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.5、1、3、5、10、15ml，分別放

30、入50ml容量瓶中，加水稀釋至30ml左右，加2，4二硝基酚指示劑2滴，滴加4moll-1naoh溶液直至溶液變成微黃色。再加入鉬銻抗試劑5ml，加水定容，搖勻。各瓶比色液濃度分別為0、0.05、0.1、0.3、0.5、1、1.5gml-1p。30min后于700nm波長(zhǎng)比色。記錄吸光度值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。2 測(cè)定將過(guò)濾消煮液靜置過(guò)夜。吸取過(guò)濾液1ml注入50ml容量瓶中，加水稀釋至30ml左右，加2，4二硝基酚指示劑2滴，滴加4moll-1naoh溶液直至溶液變成微黃色。再加入鉬銻抗試劑5ml，加水定容，搖勻。30min后于700nm波長(zhǎng)比色。記錄吸光度值。同樣取空白試驗(yàn)，按上述順序比色，測(cè)出

31、空白試驗(yàn)吸光度值，計(jì)算兩值之差，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出含磷量5。2.2.3 總糖和還原糖的測(cè)定1.制作葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線 取7支25ml刻度試管，編號(hào)，按下表操作。 管號(hào)0123456葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液00.20.40.60.81.01.2蒸餾水2.01.81.61.41.21.00.83，5-二硝基水楊酸1.51.51.51.51.51.51.5將各管搖勻，在沸水浴中加熱5min ，取出后立即冷卻至室溫，再以蒸餾水定容25ml混勻。在540nm波長(zhǎng)下，用0號(hào)管調(diào)零，分別讀取1-6號(hào)管的吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，葡萄糖毫克數(shù)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。 2.樣品中還原糖和總糖含量的測(cè)定 樣品中還原糖的提?。簻?zhǔn)確

32、稱取3g發(fā)酵樣，放在100ml三角瓶中，然后加50ml 蒸餾水，攪勻，置于50恒溫水浴中保溫20min，使還原糖浸出。離心或過(guò)濾，用20ml 蒸餾水洗殘?jiān)?，再離心或過(guò)濾，將兩次離心的上清液或?yàn)V液全部收集在100ml的容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度，混勻，作為還原糖待測(cè)液。 樣品中總糖的水解和提?。簻?zhǔn)確稱取1g發(fā)酵樣，放在100ml的三角瓶中，加入10ml 6mol/l的hcl及15ml蒸餾水，置于沸水浴中加熱水解30min,待三角瓶中的水解液冷卻后，加入1滴酚酞指示劑，以6mol/l的naoh中和至微紅色，過(guò)濾，再用少量蒸餾水沖洗三角瓶及濾紙，將濾液全部收集在100ml的容量瓶中，用蒸餾水定容至

33、刻度，混勻。精確吸取10ml定容過(guò)的水解液，移入另一100ml的容量瓶中，以水稀釋定容，混勻，作為總糖待測(cè)液。 顯色和比色，取4支25ml刻度試管，編號(hào)，各自加入對(duì)應(yīng)的總糖和還原糖待測(cè)液。 其余操作均與制作葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)相同4。 第3章 結(jié)果與分析3.1 水稻秸稈發(fā)酵過(guò)程物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析3.1.1總糖在發(fā)酵過(guò)程中分析總糖和還原糖，總氮，總磷的測(cè)定能反應(yīng)出秸稈在發(fā)酵過(guò)程中大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)這一過(guò)程。以下總糖的數(shù)據(jù)分析：根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下曲線：以總糖為指標(biāo)，以3，5-二硝基水楊酸水解法為測(cè)定方法，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。得出以上圖表。從圖中可以看出在發(fā)酵過(guò)程中不論好氧發(fā)酵和厭氧

34、發(fā)酵，總糖含量都是呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。秸稈組成物質(zhì)中主要含纖維素、半纖維素，它們都屬于總糖。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，微生物在酶的活性條件下，纖維素、半纖維素等被微生物利用分解，總糖含量也隨之下降。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，總糖含量梯度在逐漸的減小，說(shuō)明發(fā)酵過(guò)程是處于一個(gè)逐漸穩(wěn)定的階段，結(jié)合圖表分析，現(xiàn)階段發(fā)酵還沒(méi)有完成。3.1.2 發(fā)酵過(guò)程中對(duì)還原糖數(shù)據(jù)的分析以還原糖為指標(biāo)，以3，5-二硝基水楊酸水解法為測(cè)定方法，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下曲線：水稻好氧發(fā)酵中還原糖的含量分布先是增加到最大值即發(fā)酵12天的時(shí)候，然后還原糖的含量就開(kāi)始下降。而在同期的水稻厭氧發(fā)酵中，還原糖的含量是穩(wěn)定

35、的逐步增加的。對(duì)比好氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵的過(guò)程更加的緩慢，這也是造成還原糖含量沒(méi)有下降的趨勢(shì)的原因。預(yù)計(jì)到后期的發(fā)酵，還原糖的含量達(dá)到最大值后會(huì)逐漸的減少。觀察烘干基還原糖的含量分布，水稻厭氧發(fā)酵第24天和好氧發(fā)酵第12天的含量基本達(dá)到一致。所以可以預(yù)計(jì)厭氧發(fā)酵中還原糖已經(jīng)達(dá)到最大值，而后期還原糖含量就呈減小的趨勢(shì)。造成還原糖上升的原因是秸稈的降解將纖維素，半纖維素等大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)，從而使還原糖量增加。而到后期還原糖含量下降的原因是當(dāng)秸稈降解到一定程度，還原糖含量增多，微生物開(kāi)始利用還原糖來(lái)作為營(yíng)養(yǎng)原料，所以含量下降。3.1.3 發(fā)酵過(guò)程中對(duì)總磷數(shù)據(jù)的分析以總磷為指標(biāo)，利用分光光度計(jì)測(cè)

36、定，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。得出以上圖表。根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下曲線：水稻好氧發(fā)酵鮮基總磷的含量是逐漸減小的。厭氧發(fā)酵中則是發(fā)酵進(jìn)行到12天有個(gè)凸點(diǎn)，總磷的含量有所增加。去除鮮基中的水份，觀察。無(wú)論是在好氧發(fā)酵還是厭氧發(fā)酵都是從先減小后增加，最后減小直至穩(wěn)定的過(guò)程。在發(fā)酵前期，磷是微生物生長(zhǎng)代謝所必需的元素。所以磷的含量開(kāi)始是減少，在發(fā)酵進(jìn)行時(shí)，秸稈在微生物分解的作用下，使的磷的含量上升，。微生物利用磷的數(shù)量也相應(yīng)的減少。所以磷的含量逐漸上升。3.1.4發(fā)酵過(guò)程中對(duì)總氮測(cè)定的分析以總氮為指標(biāo)，利用濃酸水解法測(cè)定，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。得出以上圖表。根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下曲

37、線：從圖中曲線可以看出總氮的含量隨著發(fā)酵的進(jìn)行，是呈逐漸遞減的?？偟康臏p少一部分原因是被微生物所利用吸收，還有一部分原因是在發(fā)酵過(guò)程中，產(chǎn)生一含氮的氣體，比如氨氣等，所以總氮的含量在逐漸的減少。對(duì)比水稻好氧發(fā)酵和水稻厭氧發(fā)酵，前者氮含量在發(fā)酵前期（16天左右）比后者含量更高。在發(fā)酵16天的階段?？偟拷咏叫小Ｔ诎l(fā)酵后期厭氧發(fā)酵相比好氧發(fā)酵總氮含量更高。3.1.5發(fā)酵過(guò)程中對(duì)鉀測(cè)定的分析以鉀為指標(biāo)，以火焰光度計(jì)測(cè)定，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。得出以下圖表：根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下曲線：從圖3-17和圖3-18分析，水稻秸稈發(fā)酵過(guò)程中鉀的含量是逐步上升的。并且鉀含量在好氧發(fā)酵中上升的

38、趨勢(shì)比相同時(shí)期厭氧發(fā)酵更快。造成鉀上升的原因分析：在一個(gè)總體的發(fā)酵環(huán)境下，鉀的含量是沒(méi)有變化的，然而隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵底物被降解，生成co2 ，h2o，nh3等氣體，使得發(fā)酵底物總質(zhì)量減少，所以鉀的含量上升。對(duì)比兩條曲線好氧發(fā)酵總鉀含量大于厭氧發(fā)酵總鉀含量說(shuō)明：好氧發(fā)酵速率大于厭氧發(fā)酵速率。3.2大豆秸稈在發(fā)酵過(guò)程物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析總糖和還原糖，總氮，總磷的測(cè)定能反應(yīng)出秸稈在發(fā)酵過(guò)程中大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)這一過(guò)程。試驗(yàn)每隔6天為一個(gè)周期，共測(cè)定了5批數(shù)據(jù)。以下是數(shù)據(jù)分析：3.2.1 發(fā)酵過(guò)程對(duì)總糖的分析以總糖為指標(biāo)，以3，5-二硝基水楊酸水解法為測(cè)定方法，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。根據(jù)處

39、理數(shù)據(jù)，作圖得出一下圖表：從圖分析在現(xiàn)階段中，總糖的含量并沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明現(xiàn)階段發(fā)酵還沒(méi)有完成。對(duì)比水稻秸稈發(fā)酵，兩者的總糖含量都是隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸減小的。好氧發(fā)酵中的總糖含量比厭氧發(fā)酵中總糖含量在發(fā)酵的相同時(shí)期對(duì)比都是前者小于后者，說(shuō)明好氧發(fā)酵纖維素，半纖維素降解速率大于后者。3.2.3發(fā)酵過(guò)程中還原糖的分析以還原糖為指標(biāo)，以3，5-二硝基水楊酸水解法為測(cè)定方法，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下圖表：大豆好氧發(fā)酵中還原糖的含量分布在第9天先是增加到最大值，然后還原糖的含量就開(kāi)始下降，這說(shuō)明大豆好氧發(fā)酵是進(jìn)行的很快的。比較大豆厭氧發(fā)酵，還原糖的含量先是增加到減小，第

40、18天的時(shí)候，還原糖含量最小，然后逐漸的增加。從圖3-12中可以看出好氧發(fā)酵比厭氧發(fā)酵進(jìn)行的更快。造成還原糖上升的原因是秸稈的降解將纖維素，半纖維素等大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)，從而使還原糖量增加。而到后期還原糖含量下降的原因是當(dāng)秸稈降解到一定程度，還原糖含量增多，微生物開(kāi)始利用還原糖來(lái)作為營(yíng)養(yǎng)原料，所以含量下降。3.2.3發(fā)酵過(guò)程對(duì)總磷的分析以總磷為指標(biāo)，利用分光光度計(jì)測(cè)定，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。得出以上圖表。根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下圖表：大豆好氧發(fā)酵鮮基總磷的含量是逐漸增加，然后穩(wěn)定。厭氧發(fā)酵則是先增加再減小到穩(wěn)定的過(guò)程。而烘干基對(duì)比，好氧發(fā)酵中總磷的含量分布曲線不規(guī)則，第12天

41、總磷的含量急劇減少，造成這樣的原因可能是微生物大量利用磷來(lái)合成代謝。然而厭氧發(fā)酵中的總磷含量是穩(wěn)定的減少過(guò)程，但減少的含量不太明顯這原因可能是微生物反應(yīng)比較緩慢。3.2.4發(fā)酵過(guò)程對(duì)總氮的分析以總氮為指標(biāo)，利用濃酸水解法測(cè)定，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下圖表：從圖中曲線可以看出總氮的含量隨著發(fā)酵的進(jìn)行，是呈逐漸遞減的?？偟康臏p少一部分原因是被微生物所利用吸收，還有一部分原因是在發(fā)酵過(guò)程中，產(chǎn)生一含氮的氣體，比如氨氣等，所以總氮的含量在逐漸的減少。對(duì)比大豆好氧發(fā)酵和大豆厭氧發(fā)酵，前者氮含量在發(fā)酵前期（16天左右）比后者含量更高。在發(fā)酵16天的階段。總氮含量接近平行

42、。在發(fā)酵后期厭氧發(fā)酵相比好氧發(fā)酵總氮含量更高。3.2.5發(fā)酵過(guò)程對(duì)總鉀的分析以鉀為指標(biāo)，以火焰光度計(jì)測(cè)定，測(cè)量在發(fā)酵過(guò)程中其含量的變化。根據(jù)處理數(shù)據(jù)，作圖得出一下圖表：從圖3-19和圖3-20分析，水稻秸稈發(fā)酵過(guò)程中鉀的含量是逐步上升的。并且鉀含量在好氧發(fā)酵中上升的趨勢(shì)比相同時(shí)期厭氧發(fā)酵更快。造成鉀上升的原因分析：在一個(gè)總體的發(fā)酵環(huán)境下，鉀的含量是沒(méi)有變化的，然而隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵底物被降解，生成co2 h2o，nh3等氣體，使得發(fā)酵底物總質(zhì)量減少，所以鉀的含量上升。對(duì)比兩條曲線好氧發(fā)酵總鉀含量大于厭氧發(fā)酵總鉀含量說(shuō)明：好氧發(fā)酵速率大于厭氧發(fā)酵速率。結(jié) 論1.在大豆秸稈和水稻秸稈發(fā)酵過(guò)程中，好氧發(fā)酵還原糖增加量明顯大于厭氧發(fā)酵，也間接說(shuō)明好氧發(fā)酵速率快于厭氧發(fā)酵速率。2.無(wú)論是在水稻秸稈發(fā)酵還是大豆秸稈發(fā)酵，總鉀的百分比含量都是逐漸上升的。3.在水稻秸稈發(fā)酵中總氮含量不論是在好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵各個(gè)時(shí)期都是有規(guī)律的減少。4.對(duì)比好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵的總氮含量曲線，可以看出好氧發(fā)酵比厭氧發(fā)酵進(jìn)行的更快。致 謝當(dāng)整篇論文快完成之際，我有太多的感觸