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外源生物强化下水稻秸秆好氧-厌氧两相发酵产甲烷特性研究
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作者 何董 罗立娜 +4 位作者 徐名汉 刘莹 丁清华 孙勇 秦楠 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期401-409,共9页
采用生物强化方法强化水稻秸秆好氧水解过程,并研究绿色木霉及添加量(占总料液质量分数3%、5%、7%和9%)对其发酵特性的影响。好氧水解阶段生物强化时间为24 h,随后在35℃条件下进行厌氧发酵产甲烷潜力测试试验。结果表明,与对照组相比,... 采用生物强化方法强化水稻秸秆好氧水解过程,并研究绿色木霉及添加量(占总料液质量分数3%、5%、7%和9%)对其发酵特性的影响。好氧水解阶段生物强化时间为24 h,随后在35℃条件下进行厌氧发酵产甲烷潜力测试试验。结果表明,与对照组相比,添加绿色木霉进行生物强化各组的木质纤维素降解率、挥发性脂肪酸(VFAs)产量及产气率均有不同程度的提高,VFAs均以乙酸为主。利用Modified Gompertz对累积产甲烷量进行拟合,拟合结果较好,绿色木霉添加量为3%、5%、7%、9%的各预处理试验组累积产甲烷量分别为198.28、211.351、228.44、234.78 mL/g,比CK对照组产甲烷量分别提高18.89%、26.72%、36.96%、40.76%,添加7%绿色木霉组的综合效果最好,在此条件下半纤维素、纤维素、木质素降解率分别为36.86%、31.57%、7.43%,甲烷产量较CK组提高36.96%。好氧水解过程中优势菌群为厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)等,其中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度随水解时间的延长而减少,绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度增加,表明添加菌剂能够改变菌群结构,促进好氧水解反应的进行。 展开更多
关键词 水稻秸秆 厌氧发酵 好氧水解 生物强化 绿色木霉 产甲烷特性
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基于近红外光谱的沼液挥发性脂肪酸含量快速检测 被引量:6
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作者 刘金明 郭坤林 +3 位作者 甄峰 张鸿琼 李文哲 许永花 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第18期188-196,共9页
挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids,VFA)作为厌氧发酵过程的重要中间产物,其在厌氧反应器中的累积能够反映出产甲烷菌的不活跃状态或厌氧发酵条件的恶化。为了实现对农牧废弃物厌氧发酵进行过程分析和状态监控,将近红外光谱(Near Infra... 挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids,VFA)作为厌氧发酵过程的重要中间产物,其在厌氧反应器中的累积能够反映出产甲烷菌的不活跃状态或厌氧发酵条件的恶化。为了实现对农牧废弃物厌氧发酵进行过程分析和状态监控,将近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy,NIRS)与偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)相结合构建玉米秸秆和畜禽粪便厌氧发酵液乙酸、丙酸和总酸含量快速检测模型。将竞争自适应重加权采样法(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS)与遗传模拟退火(Genetic Simulated Annealing,GSA)算法相结合构建CARS-GSA算法对沼液中的乙酸、丙酸和总酸进行特征波长优选,原始光谱数据1557个波长点经预处理和波长优选后,得到乙酸、丙酸和总酸特征波长变量分别为135、101和245个,建立的回归模型验证决定系数分别为0.988、0.923和0.886,预测均方根误差(Root Mean Squared Error of Prediction,RMSEP)分别为0.111、0.120和0.727,相对分析误差分别为9.685、3.685和3.484,与全谱建模相比RMSEP分别减少了17.78%、15.49%和1.22%,能够满足农牧废弃物厌氧发酵过程发酵液中乙酸和丙酸含量的快速检测需求,基本满足总酸的检测需求。结果表明,通过构建CARS-GSA算法优选乙酸、丙酸和总酸的敏感波长变量,参与建模的波长点数量显著减少,有效降低了变量维度和模型复杂度,提升了回归模型检测精度和预测能力,为快速准确检测沼液VFA提供了新途径。 展开更多
关键词 厌氧发酵 挥发性脂肪酸 快速检测 近红外光谱 偏最小二乘 遗传模拟退火算法 竞争自适应重加权采样
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基于GSA的厌氧发酵原料碳氮比NIRS快速检测 被引量:6
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作者 刘金明 程秋爽 +3 位作者 甄峰 许永花 李文哲 孙勇 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期323-330,共8页
在以预处理后玉米秸秆、秸秆粪便混合物为原料进行厌氧发酵生产沼气时,为了对厌氧发酵原料碳氮比进行快速检测,将近红外光谱(NIRS)与偏最小二乘(PLS)回归相结合构建快速检测模型,并基于遗传模拟退火算法(GSA)构建遗传模拟退火区间偏最... 在以预处理后玉米秸秆、秸秆粪便混合物为原料进行厌氧发酵生产沼气时,为了对厌氧发酵原料碳氮比进行快速检测,将近红外光谱(NIRS)与偏最小二乘(PLS)回归相结合构建快速检测模型,并基于遗传模拟退火算法(GSA)构建遗传模拟退火区间偏最小二乘算法(GSA-iPLS)和双重遗传模拟退火偏最小二乘算法(DGSA-PLS)分别用于特征谱区优选和特征波长点优选,以提高回归模型的检测精度和效率。全谱1 844个波长点经GSA-iPLS进行谱区优选后,得到641个波长变量,再经DGSA-PLS进行特征波长点优选后,得到628个波长变量。DGSA-PLS回归模型验证集的决定系数(Rp^2)为0. 920,预测均方根误差为7. 178,相对分析误差为3. 805。与全谱建模相比,DGSAPLS模型的RMSEP减小了15. 87%。通过波长优选,参与建模的波长点数量显著减少,有效降低了变量维度和模型复杂度,提升了预测精度和预测能力。本文通过优选碳氮比的敏感波长变量,有效提高了预测模型的鲁棒性,为直接、快速、准确测量厌氧发酵原料的碳氮比提供了新途径。 展开更多
关键词 厌氧发酵 碳氮比 近红外光谱 偏最小二乘回归 遗传模拟退火算法
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产琥珀酸菌LW-2的筛选、鉴定及发酵条件优化
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作者 李瑞玲 罗倚坪 +2 位作者 刘晓风 孙勇 李东 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第20期134-140,共7页
以牛瘤胃内容物为菌源,利用富马酸钠为碳源筛选到1株高产琥珀酸菌LW-2。经形态学、生理生化鉴定和16S rDNA序列系统发育树分析,确定菌株LW-2为弗格森埃希菌(Escherichia fergusonii);以葡萄糖和木糖为碳源,对该菌株的发酵工艺条件进行优... 以牛瘤胃内容物为菌源,利用富马酸钠为碳源筛选到1株高产琥珀酸菌LW-2。经形态学、生理生化鉴定和16S rDNA序列系统发育树分析,确定菌株LW-2为弗格森埃希菌(Escherichia fergusonii);以葡萄糖和木糖为碳源,对该菌株的发酵工艺条件进行优化,利用葡萄糖产琥珀酸的最佳条件为发酵时间24 h、发酵温度40℃、接种量2.5%、pH值调节剂MgCO3(用量30 g/L),在该条件下所得琥珀酸产量为6.36 g/L,比优化前提高了41.96%,琥珀酸产率为21.2%;利用木糖产琥珀酸的最佳条件为发酵时间66 h、发酵温度37℃、接种量7.5%、pH值调节剂MgCO3(用量30 g/L),在该条件下所得琥珀酸产量为7.51 g/L,比优化前提高了42.50%,琥珀酸产率为25.03%。该菌株可利用五碳糖或六碳糖产琥珀酸,且以木糖为碳源发酵获得的琥珀酸产量高于葡萄糖,具有较好的琥珀酸生产潜力。 展开更多
关键词 琥珀酸 筛选 弗格森埃希菌 厌氧发酵
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沼液联合玉米秸秆对肥壮蹄形藻兼养生长特性的影响
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作者 王丽丽 刘芳静美 +2 位作者 宫旭妍 李美诺 赵晓聪 《农业工程学报》 2025年第16期231-241,共11页
富含氮磷的沼液、秸秆的水解产物能为微藻生长提供优质的氮源、有机碳源,提高微藻的兼养生长能力。该研究旨在解决微藻光合自养生物质产量低、环境适应性差及培养成本高的问题,以肥壮蹄形藻为对象,研究沼液联合玉米秸秆培养微藻的生长... 富含氮磷的沼液、秸秆的水解产物能为微藻生长提供优质的氮源、有机碳源,提高微藻的兼养生长能力。该研究旨在解决微藻光合自养生物质产量低、环境适应性差及培养成本高的问题,以肥壮蹄形藻为对象,研究沼液联合玉米秸秆培养微藻的生长及污染物去除特性。结果表明,添加秸秆能显著提高微藻的生物量产量,且微藻能通过兼养及附着在秸秆表面提升其对高浓度沼液及低温、低光照条件的耐受能力,并提高微藻脂质、碳水化合物的含量;沼液的养分及秸秆的水解产物均能被微藻有效利用及去除,在沼液添加量为30%条件下,悬浮和附着微藻的最优生物量总产量及脂质质量分数分别达到2.81 g/L和20.43%,此时总氮、氨氮、总磷和化学需氧量的去除率分别达到87%、88%、95%和90%,且光照和曝气速率可分别降至2000 lx和1.0 L/min;联合培养过程中,促进木质纤维水解和菌藻共生的拟杆菌门(Bacteroidota)和疣微菌门(Verrucomicrobiota)及有助于微藻分泌胞外聚合物的成对杆菌属(Dyadobacter)的相对丰度均升高,而蓝藻门(Cyanobacteria)几乎消失;通过3因素3水平正交优化试验得到,最优工艺条件为28%沼液添加量、4 310 lx光照强度、1.13 L/min曝气速率,最优微藻生物量总产量提高至2.83 g/L。研究结果可为微藻低成本培养及秸秆基质化培养微藻的深入研究提供基础依据,促进寒区微藻产业的发展。 展开更多
关键词 沼液 玉米秸秆 微藻 兼养生长 光照 曝气速率
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