生物滴滤法转化矿井低浓度瓦斯及聚羟基丁酸合成的研究

发布时间：2017-09-14 10:17

  本文关键词：生物滴滤法转化矿井低浓度瓦斯及聚羟基丁酸合成的研究

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【摘要】：甲烷氧化菌能以甲烷为唯一碳源和能源物质生长。利用甲烷氧化菌能够氧化利用低浓度甲烷的特性,开发应用生物技术的方法治理低浓度矿井瓦斯,是一个非常有意义的研究课题。本论文以甲烷为唯一碳源从矿区土壤筛出高效利用甲烷的甲烷氧化菌,对甲烷氧化菌的培养条件进行了优化;对甲烷氧化菌在填料表面形成生物膜的条件进行研究;研究了喷淋液中营养物质浓度和运行参数对生物滴滤塔降解甲烷的影响;研究了滴滤塔循环喷淋液中的聚羟基丁酸(PHB)积累的变化规律。取得了以下主要结果:1、以甲烷为唯一碳源物质,从煤矿出风口附近土壤中,经过多代富集、驯化培养筛选到了一株甲烷氧化效率高的革兰氏阴性甲烷氧化菌菌株,经初步鉴定属于甲基单胞菌(Methylomonas)。2、通过对甲烷氧化菌的培养条件进行优化的实验研究表明:该菌株可以利用一碳化合物(甲烷和甲醇)为碳源生长,也可以利用丙酮酸、柠檬酸、葡萄糖和蔗糖等多碳化合物生长。硝酸盐比铵盐更有利于甲烷氧化菌的生长,Na NO3、PO43-、Cu2+和Fe2+的浓度分别为10m M/L、10m M/L、30μM/L和60μM/L时甲烷氧化菌生长较好。培养基中添加5%的硅油能促进甲烷氧化菌的生长。3、甲烷氧化菌在陶瓷鲍尔环填料上生长要好于塑料空心球。增加接种次数有利于甲烷氧化菌在填料表面形成生物膜,塔外预挂膜培养能将滴滤塔的启动时间缩短到18天。4、喷淋液滴滤量为0.1L/min,进气甲烷浓度为1.1%,流量为2L/min,Na NO3浓度为70m M/L时,滴滤塔甲烷去除负荷最大为39.72g/h/m3。以(NH4)2SO4和NH4NO3为氮源时,滴滤塔甲烷去除负荷降低。PO43-浓度为100 m M/L时,甲烷去除负荷最大为46.81g/h/m3。5、进气流量为2L/min时,滴滤塔甲烷去除负荷为41.84 g/h/m3,压降为82Pa。进气流量增大增大到3L/min时,去除负荷增加到49.6 g/h/m3,压降则迅速增加到115Pa。6、甲烷氧化菌内PHB的最佳提取条件是:氯仿:次氯酸钠体积比1:1,提取温度为60℃,提取时间为1h。PHB气相色谱分析的最佳酯化条件是:3%的酸化甲醇:提取液=1:1,100℃酯化4h。7、以甲烷为碳源,培养基中分别添加1%柠檬酸和丙酮酸时,能促进甲烷氧化菌PHB合成,培养液中PHB产量分别为139μg/ml和150μg/ml。单独以柠檬酸和丙酮酸为碳源,或者添加浓度过高时,甲烷氧化菌PHB合成受到抑制。8、喷淋液滴滤量为0.1L/min,进气甲烷浓度为0.7%,流量为2L/min时,滴滤液循环1周后PHB产量最大为2mg/ml。滴滤量增加到0.2L/min时,滴滤液循环1周后PHB产量最大为2.6mg/ml。
【关键词】：甲烷 瓦斯 甲烷氧化菌 生物滴滤塔 聚羟基丁酸
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712;TQ317
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-20
• 符号说明20-21
• 1 绪论21-46
• 1.1 研究背景21
• 1.2 研究意义21-22
• 1.3 甲烷氧化菌及其代谢研究22-31
• 1.4 利用甲烷氧化菌治理低浓度甲烷的研究31-40
• 1.5 甲烷氧化菌合成聚羟基丁酸40-44
• 1.6 本课题研究内容44-46
• 2 甲烷氧化菌筛选与培养条件优化46-69
• 引言46
• 2.1 试验材料、试剂及仪器46-47
• 2.2 试验方法47-53
• 2.3 结果与讨论53-67
• 2.4 本章小结67-69
• 3 生物滴滤塔的启动69-82
• 引言69
• 3.1 材料与方法69-74
• 3.2 结果与讨论74-80
• 3.3 本章小结80-82
• 4 喷淋液配方对生物滴滤塔的影响82-112
• 引言82-83
• 4.1 材料与方法83-87
• 4.2 结果与讨论87-110
• 4.3 本章小结110-112
• 5 滴滤塔运行参数的优化研究112-123
• 引言112-113
• 5.1 材料与方法113-114
• 5.2 结果与讨论114-122
• 5.3 本章小结122-123
• 6 甲烷氧化菌生产聚羟基丁酸的研究123-140
• 引言123-124
• 6.1 材料与方法124-127
• 6.2 结果与讨论127-138
• 6.3 本章小结138-140
• 7 生物滴滤塔的反应动力学研究140-147
• 引言140
• 7.1 动力学模型的建立140-144
• 7.2 动力学模型的验证144-146
• 7.3 本章小结146-147
• 8 结论与展望147-150
• 8.1 结论147-148
• 8.2 创新点148-149
• 8.3 研究展望149-150
• 参考文献150-177
• 作者简历177-180
• 学位论文数据集180

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本文编号：849434