秸稈厭氧干發酵產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酵產沼氣效果的影響，采用Plackett-Burman試驗對7種不同微量元素進行優化篩選，以產氣效果為指標，篩選對產氣量有重要影響的因子。試驗結果表明：微量元素對秸稈厭氧干發酵有明顯促進作用，最大產氣量為7 922 mL，比空白組提高76.1%；顯著因子為Ni，Mg，Mo。

關鍵詞：厭氧干發酵；微量元素；秸稈；沼氣

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

厭氧消化是極為復雜的生物過程。在參與反應的眾多微生物中，產甲烷菌的優劣和密度是影響厭氧消化效率和沼氣產量的重要因素，這使得產甲烷菌的特征及影響因子成為研究重點。微量元素是產甲烷菌生長所必需的，其作為輔因子成分出現在微生物的酶系統中，對酶系統起重要作用。同時，在微生物的呼吸過程中，微量元素與細胞壁結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酵反應的影響，對提高沼氣產氣量、增加產氣速率有十分重要的現實意義。采用Plackett-Burman試驗對7種不同微量元素進行優化篩選，探討多種微量元素混合作用對沼氣產氣量的影響，為實現高效厭氧發酵提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米秸稈選自沈陽農業大學實驗場，粉碎備用，TS為91.0%。

接種物取自沈陽農業大學科研基地沼氣池，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、結晶硫酸鎂、氯化錳、鉬酸鈉和硼酸配制而成。

1.2 試驗方法

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酵料液的溫度，形成一個小型的厭氧發酵裝置。用排水集氣法收集氣體，溫度控制為（35±1） ℃，發酵料液的總固體質量濃度為20%。

1.3 試驗設計

采用Plackett-Burman試驗法對選取的7種微量元素進行優化篩選，以產氣效果為指標，篩選元素中對沼氣產氣量具有顯著影響的因子。按照PB試驗設計表進行試驗，每個元素取2個水平，根據計算加入相應微量元素。微量元素的水平在PB表中所對應的質量濃度見表1。

1.4 項目測定及數據分析方法

TS，VS分別采用烘干法、灼燒法測定；產氣量采用排水法測定。

采用Excel軟件和SAS JMP 8.0軟件對試驗數據進行統計及分析。

2 結果與分析

2.1 微量元素對沼氣產氣量的影響

選用試驗次數N=12的Plackett-Burman試驗設計，對Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7個因素進行考察，每個因素2個水平，響應值為累積產氣量（Y）。試驗設計及結果見表2。

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

2.2 產氣量重要影響元素確定

利用SAS JMP 8.0軟件對Plackett-Burman試驗中各因素的主效應進行分析，結果見表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對產氣效果影響最大。

3 結論

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

摘要：為研究微量元素對厭氧干發酵產沼氣效果的影響，采用Plackett-Burman試驗對7種不同微量元素進行優化篩選，以產氣效果為指標，篩選對產氣量有重要影響的因子。試驗結果表明：微量元素對秸稈厭氧干發酵有明顯促進作用，最大產氣量為7 922 mL，比空白組提高76.1%；顯著因子為Ni，Mg，Mo。

關鍵詞：厭氧干發酵；微量元素；秸稈；沼氣

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

厭氧消化是極為復雜的生物過程。在參與反應的眾多微生物中，產甲烷菌的優劣和密度是影響厭氧消化效率和沼氣產量的重要因素，這使得產甲烷菌的特征及影響因子成為研究重點。微量元素是產甲烷菌生長所必需的，其作為輔因子成分出現在微生物的酶系統中，對酶系統起重要作用。同時，在微生物的呼吸過程中，微量元素與細胞壁結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酵反應的影響，對提高沼氣產氣量、增加產氣速率有十分重要的現實意義。采用Plackett-Burman試驗對7種不同微量元素進行優化篩選，探討多種微量元素混合作用對沼氣產氣量的影響，為實現高效厭氧發酵提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米秸稈選自沈陽農業大學實驗場，粉碎備用，TS為91.0%。

接種物取自沈陽農業大學科研基地沼氣池，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、結晶硫酸鎂、氯化錳、鉬酸鈉和硼酸配制而成。

1.2 試驗方法

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酵料液的溫度，形成一個小型的厭氧發酵裝置。用排水集氣法收集氣體，溫度控制為（35±1） ℃，發酵料液的總固體質量濃度為20%。

1.3 試驗設計

采用Plackett-Burman試驗法對選取的7種微量元素進行優化篩選，以產氣效果為指標，篩選元素中對沼氣產氣量具有顯著影響的因子。按照PB試驗設計表進行試驗，每個元素取2個水平，根據計算加入相應微量元素。微量元素的水平在PB表中所對應的質量濃度見表1。

1.4 項目測定及數據分析方法

TS，VS分別采用烘干法、灼燒法測定；產氣量采用排水法測定。

采用Excel軟件和SAS JMP 8.0軟件對試驗數據進行統計及分析。

2 結果與分析

2.1 微量元素對沼氣產氣量的影響

選用試驗次數N=12的Plackett-Burman試驗設計，對Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7個因素進行考察，每個因素2個水平，響應值為累積產氣量（Y）。試驗設計及結果見表2。

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

2.2 產氣量重要影響元素確定

利用SAS JMP 8.0軟件對Plackett-Burman試驗中各因素的主效應進行分析，結果見表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對產氣效果影響最大。

3 結論

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

摘要：為研究微量元素對厭氧干發酵產沼氣效果的影響，采用Plackett-Burman試驗對7種不同微量元素進行優化篩選，以產氣效果為指標，篩選對產氣量有重要影響的因子。試驗結果表明：微量元素對秸稈厭氧干發酵有明顯促進作用，最大產氣量為7 922 mL，比空白組提高76.1%；顯著因子為Ni，Mg，Mo。

關鍵詞：厭氧干發酵；微量元素；秸稈；沼氣

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

厭氧消化是極為復雜的生物過程。在參與反應的眾多微生物中，產甲烷菌的優劣和密度是影響厭氧消化效率和沼氣產量的重要因素，這使得產甲烷菌的特征及影響因子成為研究重點。微量元素是產甲烷菌生長所必需的，其作為輔因子成分出現在微生物的酶系統中，對酶系統起重要作用。同時，在微生物的呼吸過程中，微量元素與細胞壁結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酵反應的影響，對提高沼氣產氣量、增加產氣速率有十分重要的現實意義。采用Plackett-Burman試驗對7種不同微量元素進行優化篩選，探討多種微量元素混合作用對沼氣產氣量的影響，為實現高效厭氧發酵提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米秸稈選自沈陽農業大學實驗場，粉碎備用，TS為91.0%。

接種物取自沈陽農業大學科研基地沼氣池，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、結晶硫酸鎂、氯化錳、鉬酸鈉和硼酸配制而成。

1.2 試驗方法

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酵料液的溫度，形成一個小型的厭氧發酵裝置。用排水集氣法收集氣體，溫度控制為（35±1） ℃，發酵料液的總固體質量濃度為20%。

1.3 試驗設計

采用Plackett-Burman試驗法對選取的7種微量元素進行優化篩選，以產氣效果為指標，篩選元素中對沼氣產氣量具有顯著影響的因子。按照PB試驗設計表進行試驗，每個元素取2個水平，根據計算加入相應微量元素。微量元素的水平在PB表中所對應的質量濃度見表1。

1.4 項目測定及數據分析方法

TS，VS分別采用烘干法、灼燒法測定；產氣量采用排水法測定。

采用Excel軟件和SAS JMP 8.0軟件對試驗數據進行統計及分析。

2 結果與分析

2.1 微量元素對沼氣產氣量的影響

選用試驗次數N=12的Plackett-Burman試驗設計，對Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7個因素進行考察，每個因素2個水平，響應值為累積產氣量（Y）。試驗設計及結果見表2。

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

2.2 產氣量重要影響元素確定

利用SAS JMP 8.0軟件對Plackett-Burman試驗中各因素的主效應進行分析，結果見表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對產氣效果影響最大。

3 結論

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