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嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的驯化及其在高硫煤生物脱硫中的应用

作　者: 张德伟
导　师: 王世梅；周立祥
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 嗜酸性氧化亚铁硫杆菌 硫铁矿 驯化 胞外多聚物 煤炭脱硫 条件优化
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


煤炭做为我国最重要的能源资源,在我国的能源结构中占据重要的位置。而作为一个煤炭消费大国,我国每年有90%的煤炭用于直接燃烧,导致我国在1998年就成为世界上SO2排放量最多的国家,酸雨的覆盖面积达到国土面积的40%。因此研究煤炭的生物脱硫,可以在源头上去除煤炭中的硫,消除SO2的排放带来的环境危害。本文分别以FeS2和FeSO4为底物培养驯化嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)LX5,结果发现以FeS2为底物驯化A. ferrooxidansLX5,在培养20d时,培养液中LX5的菌体数量高达3.0×107个/mL,对FeS2中亚铁及还原性S的氧化能力均较强。A. ferrooxidans LX5在以FeSO4为底物的的液体培养基中生长,培养至72h,培养液中的Fe2+全部氧化成Fe3+,菌体数量达到108个/mL。A. ferrooxidans LX5经FeS2驯化后的等电点比经FeSO4驯化后高,更有利于A. ferrooxidans LX5吸附在黄铁矿的表面。比较FeS2驯化培养的A.ferrooxidans LX5与FeSO4培养驯化后A. ferrooxidans LX5氧化FeS2的差异,发现反应20d,S042-的增加量为2241.6mg/L,比同等条件下接种FeSO4培养驯化后A. ferrooxidans LX5多516.2mg/L,以FeS2为底物驯化A. ferrooxidans LX5的氧化活性更强。分别以FeS2和FeSO4为底物培养A. ferrooxidans LX5产生EPS,比较两种方式获得的EPS特征,并通过实验确定EPS对A. ferrooxidans LX5氧化活性的影响。以FeS2为底物培养A. ferrooxidans LX5时可产生2973.2(μg/1010个细胞)的EPS,是以FeSO4为底物培养A. ferrooxidans LX5产生EPS的3倍多。测定两种EPS中多糖和蛋白质的含量发现,两种EPS中多糖和蛋白质各占总重的46.6%和34.6%及44.6%和36.2%。FTIR光谱图显示,两种EPS的组成成分基本相同,都含有-OH、-NH2和-COOH等官能团。含有EPS的A.ferrooxidans LX5氧化FeS2时溶液中S042-的增长速率比剥离EPS的A.ferrooxidans LX5快。因此EPS在A.ferrooxidans LX5氧化FeS2中起着重要的作用。最后,以FeS2驯化的A.ferrooxidans LX5为试验用菌株,对高硫煤进行生物脱硫试验,并寻找最佳实验条件。摇瓶实验结果表明,接种FeS2驯化的A.ferrooxidans LX5,在初始pH为2.5、接种量为10%、固形物含量为10%时可有效去除高硫煤中的硫,反应13d时高硫煤脱硫率在70%以上。在最佳实验条件下进行高硫煤生物脱硫的5升反应器小试试验,结果发现反应15d高硫煤的脱硫率可达到69.2%。

全文目录


摘要  7-9ABSTRACT  9-11第一章 煤炭脱硫的研究概况(代文献综述)  11-23  1 我国煤炭能源概况及污染现状  11-13    1.1 我国煤炭概况  11    1.2 煤炭中硫的赋存形态  11-12    1.3 燃煤产生的SO_2污染现状及带来的酸雨危害  12-13  2 煤炭脱硫方法及生物脱硫机理  13-19    2.1 煤炭脱硫方法  13-17      2.1.1 燃前脱硫  13-15      2.1.2 燃中固硫  15-16      2.1.3 燃后脱硫  16-17    2.2 生物脱硫机理  17-19      2.2.1 无机硫的脱除原理  18-19      2.2.2 有机硫的脱除原理  19  3 生物脱硫现状及发展方向  19-21    3.1 生物脱硫现状  19-20    3.2 煤炭生物脱硫存在问题及发展前景  20-21      3.2.1 生物脱硫问题  20-21      3.2.2 发展前景及展望  21  4 本文的研究目的、主要内容  21    4.1 研究目的  21    4.2 研究内容  21  5 技术路线  21-23第二章 不同底物驯化Acidithiobacillus ferrooxidans LX5生长活性的差异  23-31  1 材料与方法  23-24    1.1 黄铁矿(FeS_2)  23    1.2 菌种及活化方法  23    1.3 分别以FeSO_4、FeS_2为底物培养驯化A.ferrooxidans LX5对其生长活性的影响  23-24    1.4 A.ferrooxidans LX5经FeSO_4、FeS_2培养驯化后等电点的测定  24    1.5 A.ferrooxidans LX5经FeSO_4、FeS_2驯化后对FeS_2氧化活性的差异  24  2 结果与讨论  24-30    2.1 A.ferrooxidans LX5在以FeSO_4为底物的培养液中的生长情况  24-26      2.1.1 A.ferrooxidans LX5在以FeSO_4为底物驯化反应液中pH和Fe~(3+)含量变化  24-25      2.1.2 A.ferrooxidans LX5在以FeSO_4为底物驯化反应液中菌体数量变化  25-26    2.2 A.ferrooxidans LX5在以FeS_2为底物的培养液中的生长情况  26-29      2.2.1 A.ferrooxidans LX5在以FeS_2为底物驯化反应液中pH和Fe~(3+)含量变化  26-27      2.2.2 A.ferrooxidans LX5在以FeS_2为底物驯化反应液中SO_4~(2-)浓度和菌体数量变化  27-29    2.3 A.ferrooxidans LX5经FeSO_4、FeS_2驯化后等电点的变化  29    2.4 A.ferrooxidans LX5经FeSO_4、FeS_2驯化后对FeS_2氧化活性的差异  29-30  3 结论  30-31第三章 不同底物驯化A.ferrooxidans LX5产生EPS的特征比较  31-43  1 材料与方法  31-33    1.1 不同底物培养A.ferrooxidans LX5时EPS产生量的测定  31-32    1.2 不同底物培养A.ferrooxidans LX5产生EPS组分中多糖和蛋白质含量的测定  32    1.3 不同底物培养A.ferrooxidans LX5产生EPS组份的红外光谱分析  32    1.4 不同底物培养A.ferrooxidans LX5产生的EPS中包裹Fe~(3+)的定量测定  32    1.5 EPS剥离前后A.ferrooxidans LX5氧化活性的差异  32-33  2 结果与讨论  33-40    2.1 分别以FeSO_4、FeS_2为底物培养A.ferrooxidans LX5时EPS的产生量  33-34    2.2 分别以FeSO_4、FeS_2为底物培养A.ferrooxidans LX5时产生EPS主要组分的比较  34    2.3 分别以FeSO_4、FeS_2为底物培养A.ferrooxidans LX5产生EPS的FTIR分析  34-36    2.4 分别以FeSO_4、FeS_2培养A.ferrooxidans LX5产生的EPS络合Fe~(3+)的量  36-37    2.5 A.ferrooxidans LX5表面初始EPS有无对其氧化活性的影响  37-40  3 结论  40-43第四章 高硫煤生物法脱硫条件的优化  43-51  1 材料与方法  43-44    1.1 高硫煤  43    1.2 菌种  43    1.3 不同起始pH对高硫煤脱硫效率的影响  43    1.4 不同接种量对高硫煤脱硫效率的影响  43-44    1.5 不同固形物含量对高硫煤脱硫效率的影响  44    1.6 在优化条件下高硫煤脱硫试验  44    1.7 高硫煤生物脱硫的小试试验  44  2 结果与讨论  44-50    2.1 高硫煤脱硫时最佳起始pH的确定  44-45    2.2 高硫煤脱硫时最佳接种量的确定  45-47    2.3 高硫煤脱硫时最佳固形物含量的确定  47-48    2.4 优化条件下高硫煤脱硫率的测定  48-49    2.5 优化条件下高硫煤脱硫的小试试验  49-50  3 结论  50-51全文结论  51-53参考文献  53-59致谢  59-61硕士阶段发表的论文  61

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废气的处理与利用 > 脱硫与固硫
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