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山西高硫煤微生物脱硫的初步研究

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摘要

1 文献综述

1.1 高硫煤脱硫研究概述

1.1.1 我国煤炭资源概述

1.1.2 高硫煤的危害

1.1.3 高硫煤中硫的赋存状态

1.1.4 煤炭脱硫的方法和优缺点

1.2 生物脱硫研究现状

1.2.1 微生物燃前脱硫的概述

1.2.2 脱硫微生物

1.2.3 微生物脱硫机理

1.3 国内外研究进展

1.3.1 国内外煤炭脱硫进展

1.3.2 相关的微生物脱硫研究进展

1.4 研究的目的意义

1.5 研究的总体技术路线与主要实验内容

1.5.1 论文中的主要研究内容

1.5.2 总体技术路线

2 实验材料和研究方法

2.1 实验材料

2.1.1 高硫煤矿区环境样品

2.1.2 高硫煤样品

2.1.3 典型浸矿微生物

2.2 RFLP实验技术

2.2.1 样品处理

2.2.2 16S rDNA PCR

2.2.3 切胶回收

2.2.4 连接

2.2.5 转化

2.2.6 转板

2.2.7 菌落PCR

2.2.8 酶切分型

2.2.9 测序比对

2.2.10 克隆文库分析

2.2.11 系统发育树的构建

2.3 分析方法

2.3.1 煤中全硫分析方法

2.3.2 煤中各形态硫的分析方法

2.3.3 微生物计数、pH、溶液电位测定方法

2.3.4 系统发育数构建方法

2.3.5 环境样品组份分析方法

2.3.6 环境样品pH测定

2.3.7 煤中黄铁矿硫分布结构分析方法

2.3.8 耗酸值测定

2.4 正交实验

2.4.1 正交表

2.4.2 极差分析

2.4.3 有空列正交试验方差分析

2.4.4 无空列正交试验的方差分析

3 高硫煤的性质研究

3.1 制样流程图

3.2 煤中全硫及各形态硫的测定

3.3 煤中硫的分布形态

3.4 煤耗酸值

3.5 煤中元素分析

3.6 本章小结

4 高硫煤的典型浸矿菌脱硫研究

4.1 典型浸矿菌的活化与驯化

4.1.1 菌种活化

4.1.2 菌种驯化

4.2 典型浸矿菌单菌脱硫效果探索

4.2.1 实验设计与条件

4.2.2 实验结果与讨论

4.2.3 典型浸矿菌单菌脱硫结论

4.3 典型浸矿菌脱硫菌种组合的研究

4.3.1 混菌实验设计

4.3.2 实验结果和讨论

4.3.3 典型浸矿菌脱硫菌种组合实验结论

4.4 混合菌对三种高硫煤样品的脱硫效果研究

4.5 典型浸矿菌群脱硫单因素条件优化

4.5.1 温度条件优化

4.5.2 转速条件优化

4.5.3 酵母添加量优化

4.5.4 煤浆浓度优化

4.5.5 初始pH优化

4.5.6 接种量条件优化

4.5.7 浸矿菌群脱硫单因素条件优化实验小结

4.6 典型浸矿菌群脱硫条件正交实验

4.6.1 正交实验条件设计

4.6.2 正交实验结果计算

4.6.4 典型浸矿菌群正交试验结果分析

4.7 典型浸矿菌群脱硫效果及群落结构变化研究

4.7.1 典型漫矿菌群脱硫效果实验及结果

4.7.2 典型浸矿菌群脱硫过程中群落结构变化

4.8 本章小结

5 山西高硫煤矿区微生物多样性研究

5.1 山西高硫煤矿区环境样品理化性质

5.2 高硫煤矿区微生物群落文库

5.3 高硫煤矿区微生物群落结构分析

5.3.1 坑口煤样

5.3.2 堆煤场表层样

5.3.3 堆煤场内部样

5.3.4 酸性煤坑水底泥样

5.3.5 酸性煤坑水周边土壤样

5.3.6 讨论与小结

5.4 本章小结

6 高硫煤的本地微生物富集菌群脱硫探究

6.1 本地脱硫菌群的富集培养

6.2 本地富集菌群对三种高硫煤样的脱硫预实验

6.3 本地富集菌群脱硫单因素条件研究

6.3.1 酵母添加量优化

6.3.2 煤浆浓度优化

6.3.3 温度条件优化

6.3.4 转速条件优化

6.3.5 接种量条件优化

6.3.6 初始pH优化

6.3.7 本地富集菌群脱硫单因素条件优化实验小结

6.3 本地富集菌群脱硫正交实验

6.3.1 富集菌正交实验设计

6.3.2 富集菌正交实验结果

6.3.3 富集菌群正交试验结果分析

6.4 本地富集菌群脱硫效果及微生物群落变化研究

6.4.1 本地富集菌群脱硫实验设计及脱硫效果

6.4.2 富集菌群脱硫中的群落结构变化

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果

致谢

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摘要

高硫煤微生物脱硫技术因其能够清洁、高效、温和的实现高硫煤脱硫,同时具有工艺流程简单、能耗低等优点,成为近年来高硫煤脱硫的研究热点和技术发展趋势。本文介绍了我国高硫煤脱硫方面的研究情况,总结了近年来国内外相关的研究进展。采用微生物方法针对性的对山西高硫煤脱硫进行了初步的研究探索,取得一定的研究结果。
  通过对实验所用三种煤样进行分析,确定了煤样全硫、各形态硫、硫的赋存状态等性质参数。利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜铁钩端螺旋菌、嗜热氧化硫化杆菌、喜温嗜酸硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、铁原体嗜酸菌和隐藏嗜酸菌等典型浸矿微生物对山西高硫煤开展了相关脱硫实验。确定了山西高硫煤脱硫最适浸矿菌群的菌种组合与混合菌群最佳的脱硫条件,7天内脱硫率可达到50.78%。同时研究了浸矿菌群脱硫过程中的微生物群落结构变化。
  为了进一步发掘可以用于高硫煤脱硫的微生物资源,对山西某高硫煤矿矿区进行了微生物多样性研究。研究表明,山西高硫煤矿区共检测到40多种不同类型的微生物,在功能上主要划分为铁硫代谢、碳链碳环氧化、氮代谢三类,其中有20多种微生物具有煤炭脱硫潜力,为后续富集菌的获得提供了指导。
  通过对环境样品的选择性富集,得到了有脱硫效果的本地富集菌群。在优化后的脱硫条件下,富集菌群3天可脱除煤中全硫的三分之一,7天脱硫率达到44.15%,同时研究了富集菌群在脱硫过程中的微生物群落结构变化。

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