秸秆厌氧干发酵产沼气的微量元素筛选

田萌萌　李欣谕　时晓旭　赵玲

摘要：为研究微量元素对厌氧干发酵产沼气效果的影响，采用Plackett-Burman试验对7种不同微量元素进行优化筛选，以产气效果为指标，筛选对产气量有重要影响的因子。试验结果表明：微量元素对秸秆厌氧干发酵有明显促进作用，最大产气量为7 922 mL，比空白组提高76.1%；显著因子为Ni，Mg，Mo。

关键词：厌氧干发酵；微量元素；秸秆；沼气

中图分类号：S216.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）02-0039-03

厌氧消化是极为复杂的生物过程。在参与反应的众多微生物中，产甲烷菌的优劣和密度是影响厌氧消化效率和沼气产量的重要因素，这使得产甲烷菌的特征及影响因子成为研究重点。微量元素是产甲烷菌生长所必需的，其作为辅因子成分出现在微生物的酶系统中，对酶系统起重要作用。同时，在微生物的呼吸过程中，微量元素与细胞壁结合或成为胞外电子受体的电子载体，对呼吸起重要作用。为此，研究微量元素对秸秆厌氧干发酵反应的影响，对提高沼气产气量、增加产气速率有十分重要的现实意义。采用Plackett-Burman试验对7种不同微量元素进行优化筛选，探讨多种微量元素混合作用对沼气产气量的影响，为实现高效厌氧发酵提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米秸秆选自沈阳农业大学实验场，粉碎备用，TS为91.0%。

接种物取自沈阳农业大学科研基地沼气池，TS为14.2%。

微量元素溶液分别用四水合氯化亚铁、六水合氯化镍、六水合氯化钴、结晶硫酸镁、氯化锰、钼酸钠和硼酸配制而成。

1.2 试验方法

取500 mL广口瓶，用橡胶塞密封后，用玻璃管将其与乳胶管相连接；利用恒温水浴锅控制广口瓶中发酵料液的温度，形成一个小型的厌氧发酵装置。用排水集气法收集气体，温度控制为（35±1） ℃，发酵料液的总固体质量浓度为20%。

1.3 试验设计

采用Plackett-Burman试验法对选取的7种微量元素进行优化筛选，以产气效果为指标，筛选元素中对沼气产气量具有显著影响的因子。按照PB试验设计表进行试验，每个元素取2个水平，根据计算加入相应微量元素。微量元素的水平在PB表中所对应的质量浓度见表1。

1.4 项目测定及数据分析方法

TS，VS分别采用烘干法、灼烧法测定；产气量采用排水法测定。

采用Excel软件和SAS JMP 8.0软件对试验数据进行统计及分析。

2 结果与分析

2.1 微量元素对沼气产气量的影响

选用试验次数N=12的Plackett-Burman试验设计，对Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7个因素进行考察，每个因素2个水平，响应值为累积产气量（Y）。试验设计及结果见表2。

空白组累积产气量为1 890 mL，与其相比，添加微量金属元素的12组累积产气量均有所提高，说明添加微量元素对产气有明显的促进作用。由表2可知，在12个试验组中，最低产气量为2 041 mL，最高产气量为7 922 mL，分别比空白组提高了7.3%和76.1%。两者之间的产气效果相差很大，说明微量元素添加量对产气效果的影响很显著。

2.2 产气量重要影响元素确定

利用SAS JMP 8.0软件对Plackett-Burman试验中各因素的主效应进行分析，结果见表3。

由表3可知：Ni，Mg，Mo这3个因素的可信度都在90%以上，其余4个因素的可信度均低于90%，因此确定Ni，Mg，Mo对产气效果影响最大。

3 结论

采用Plackett-Burman试验设计，选用SAS JMP 8.0软件进行微量元素中对秸秆厌氧干发酵产气效果影响的重要因子筛选。研究结果表明，微量金属元素对秸秆厌氧发酵的产气效果有明显的促进作用；在添加微量元素的试验组中，累积产气量最大值为7 922 mL，比空白组提高了76.1%；通过PB试验筛选出的显著因子为Ni，Mg，Mo，这3个元素对秸秆厌氧干发酵的产气效果影响最大。

摘要：为研究微量元素对厌氧干发酵产沼气效果的影响，采用Plackett-Burman试验对7种不同微量元素进行优化筛选，以产气效果为指标，筛选对产气量有重要影响的因子。试验结果表明：微量元素对秸秆厌氧干发酵有明显促进作用，最大产气量为7 922 mL，比空白组提高76.1%；显著因子为Ni，Mg，Mo。

关键词：厌氧干发酵；微量元素；秸秆；沼气

中图分类号：S216.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）02-0039-03

厌氧消化是极为复杂的生物过程。在参与反应的众多微生物中，产甲烷菌的优劣和密度是影响厌氧消化效率和沼气产量的重要因素，这使得产甲烷菌的特征及影响因子成为研究重点。微量元素是产甲烷菌生长所必需的，其作为辅因子成分出现在微生物的酶系统中，对酶系统起重要作用。同时，在微生物的呼吸过程中，微量元素与细胞壁结合或成为胞外电子受体的电子载体，对呼吸起重要作用。为此，研究微量元素对秸秆厌氧干发酵反应的影响，对提高沼气产气量、增加产气速率有十分重要的现实意义。采用Plackett-Burman试验对7种不同微量元素进行优化筛选，探讨多种微量元素混合作用对沼气产气量的影响，为实现高效厌氧发酵提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米秸秆选自沈阳农业大学实验场，粉碎备用，TS为91.0%。

接种物取自沈阳农业大学科研基地沼气池，TS为14.2%。

微量元素溶液分别用四水合氯化亚铁、六水合氯化镍、六水合氯化钴、结晶硫酸镁、氯化锰、钼酸钠和硼酸配制而成。

1.2 试验方法

取500 mL广口瓶，用橡胶塞密封后，用玻璃管将其与乳胶管相连接；利用恒温水浴锅控制广口瓶中发酵料液的温度，形成一个小型的厌氧发酵装置。用排水集气法收集气体，温度控制为（35±1） ℃，发酵料液的总固体质量浓度为20%。

1.3 试验设计

采用Plackett-Burman试验法对选取的7种微量元素进行优化筛选，以产气效果为指标，筛选元素中对沼气产气量具有显著影响的因子。按照PB试验设计表进行试验，每个元素取2个水平，根据计算加入相应微量元素。微量元素的水平在PB表中所对应的质量浓度见表1。

1.4 项目测定及数据分析方法

TS，VS分别采用烘干法、灼烧法测定；产气量采用排水法测定。

采用Excel软件和SAS JMP 8.0软件对试验数据进行统计及分析。

2 结果与分析

2.1 微量元素对沼气产气量的影响

选用试验次数N=12的Plackett-Burman试验设计，对Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7个因素进行考察，每个因素2个水平，响应值为累积产气量（Y）。试验设计及结果见表2。

空白组累积产气量为1 890 mL，与其相比，添加微量金属元素的12组累积产气量均有所提高，说明添加微量元素对产气有明显的促进作用。由表2可知，在12个试验组中，最低产气量为2 041 mL，最高产气量为7 922 mL，分别比空白组提高了7.3%和76.1%。两者之间的产气效果相差很大，说明微量元素添加量对产气效果的影响很显著。

2.2 产气量重要影响元素确定

利用SAS JMP 8.0软件对Plackett-Burman试验中各因素的主效应进行分析，结果见表3。

由表3可知：Ni，Mg，Mo这3个因素的可信度都在90%以上，其余4个因素的可信度均低于90%，因此确定Ni，Mg，Mo对产气效果影响最大。

3 结论

采用Plackett-Burman试验设计，选用SAS JMP 8.0软件进行微量元素中对秸秆厌氧干发酵产气效果影响的重要因子筛选。研究结果表明，微量金属元素对秸秆厌氧发酵的产气效果有明显的促进作用；在添加微量元素的试验组中，累积产气量最大值为7 922 mL，比空白组提高了76.1%；通过PB试验筛选出的显著因子为Ni，Mg，Mo，这3个元素对秸秆厌氧干发酵的产气效果影响最大。

摘要：为研究微量元素对厌氧干发酵产沼气效果的影响，采用Plackett-Burman试验对7种不同微量元素进行优化筛选，以产气效果为指标，筛选对产气量有重要影响的因子。试验结果表明：微量元素对秸秆厌氧干发酵有明显促进作用，最大产气量为7 922 mL，比空白组提高76.1%；显著因子为Ni，Mg，Mo。

关键词：厌氧干发酵；微量元素；秸秆；沼气

中图分类号：S216.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）02-0039-03

厌氧消化是极为复杂的生物过程。在参与反应的众多微生物中，产甲烷菌的优劣和密度是影响厌氧消化效率和沼气产量的重要因素，这使得产甲烷菌的特征及影响因子成为研究重点。微量元素是产甲烷菌生长所必需的，其作为辅因子成分出现在微生物的酶系统中，对酶系统起重要作用。同时，在微生物的呼吸过程中，微量元素与细胞壁结合或成为胞外电子受体的电子载体，对呼吸起重要作用。为此，研究微量元素对秸秆厌氧干发酵反应的影响，对提高沼气产气量、增加产气速率有十分重要的现实意义。采用Plackett-Burman试验对7种不同微量元素进行优化筛选，探讨多种微量元素混合作用对沼气产气量的影响，为实现高效厌氧发酵提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米秸秆选自沈阳农业大学实验场，粉碎备用，TS为91.0%。

接种物取自沈阳农业大学科研基地沼气池，TS为14.2%。

微量元素溶液分别用四水合氯化亚铁、六水合氯化镍、六水合氯化钴、结晶硫酸镁、氯化锰、钼酸钠和硼酸配制而成。

1.2 试验方法

取500 mL广口瓶，用橡胶塞密封后，用玻璃管将其与乳胶管相连接；利用恒温水浴锅控制广口瓶中发酵料液的温度，形成一个小型的厌氧发酵装置。用排水集气法收集气体，温度控制为（35±1） ℃，发酵料液的总固体质量浓度为20%。

1.3 试验设计

采用Plackett-Burman试验法对选取的7种微量元素进行优化筛选，以产气效果为指标，筛选元素中对沼气产气量具有显著影响的因子。按照PB试验设计表进行试验，每个元素取2个水平，根据计算加入相应微量元素。微量元素的水平在PB表中所对应的质量浓度见表1。

1.4 项目测定及数据分析方法

TS，VS分别采用烘干法、灼烧法测定；产气量采用排水法测定。

采用Excel软件和SAS JMP 8.0软件对试验数据进行统计及分析。

2 结果与分析

2.1 微量元素对沼气产气量的影响

选用试验次数N=12的Plackett-Burman试验设计，对Fe，Ni，Mg，Co，Mo，Mn，B共7个因素进行考察，每个因素2个水平，响应值为累积产气量（Y）。试验设计及结果见表2。

空白组累积产气量为1 890 mL，与其相比，添加微量金属元素的12组累积产气量均有所提高，说明添加微量元素对产气有明显的促进作用。由表2可知，在12个试验组中，最低产气量为2 041 mL，最高产气量为7 922 mL，分别比空白组提高了7.3%和76.1%。两者之间的产气效果相差很大，说明微量元素添加量对产气效果的影响很显著。

2.2 产气量重要影响元素确定

利用SAS JMP 8.0软件对Plackett-Burman试验中各因素的主效应进行分析，结果见表3。

由表3可知：Ni，Mg，Mo这3个因素的可信度都在90%以上，其余4个因素的可信度均低于90%，因此确定Ni，Mg，Mo对产气效果影响最大。

3 结论

采用Plackett-Burman试验设计，选用SAS JMP 8.0软件进行微量元素中对秸秆厌氧干发酵产气效果影响的重要因子筛选。研究结果表明，微量金属元素对秸秆厌氧发酵的产气效果有明显的促进作用；在添加微量元素的试验组中，累积产气量最大值为7 922 mL，比空白组提高了76.1%；通过PB试验筛选出的显著因子为Ni，Mg，Mo，这3个元素对秸秆厌氧干发酵的产气效果影响最大。