脱硫菌及混合菌群对高硫煤的脱硫作用研究

摘要

我国是世界上最大的产煤国和消耗国，其中高硫煤的储量约占总储量的1/3，并且高硫煤的开采量正在逐年上升。目前，我国约有70％的原煤未经洗选而直接用于燃烧，其产生的SO2、 NOx和CO2等随着烟气排入大气后导致严重的环境污染。因此，把燃煤脱硫问题列入洁净煤技术的研究项目，大力开展煤炭燃前脱硫研究，推广脱硫技术，对坚持可持续发展道路具有全局性的深远意义。
　　从枣庄煤矿、油污染地及污水处理厂采样，筛选到27株具有脱硫活性的菌株，经过进一步的复筛纯化，得到一株具有较高活性的脱硫菌，命名为ND。对该菌株进行16SrDNA序列分析，经BLAST比对初步确定其种属为不动杆菌属(Acinetobacter)，并观察其显微形态、菌落形态，对其生理生化性质进行了鉴定，发现菌株ND的硝酸盐还原酶、酯酶、脲酶和触酶检测为阳性;菌株ND有运动性，能够耐受一定的盐度，在三糖铁琼脂培养基中能够利用蔗糖产酸，能够将含硫的氨基酸氧化成硫化氢，对大部分的抗生素有抗性。对影响菌株ND降解DBT(二苯并噻吩，dibenzothiophene)的单因素条件进行了研究，结果表明菌株ND降解DBT的最适培养时间为48.00 h;最适接种量为10.00％;最适初始DBT浓度为2.00 mmol/L;最适碳源为甘油;最适装液量为30.00 mL;最适pH在7.0-8.0之间。在单因素实验基础上确定了对菌株ND脱硫影响较大的三个因素:初始pH、装液量和初始DBT浓度。通过BBD(Box-Behnken Design)实验设计，对影响菌株ND脱硫显著的三个因素（初始pH、装液量和初始DBT浓度）进行了响应面优化实验，其最优值是:初始pH为7.59，装液量为29.17 mL，初始DBT浓度为1.89 mmol/L，此时生成的2-HBP(2-羟基联苯)浓度为0.262 mmol/L;通过对响应面模型的验证，证实实验值和预测值相对误差低于1.00％，模型可信度高。
　　从油污染地及污水处理厂采样，筛选到16株能够降解烷烃的菌株，经过进一步的复筛纯化，得到一株具有较高产生物表面活性剂能力的菌株，命名为L1。通过对该菌株进行16S rDNA序列的比对确定其种属为不动杆菌属(Acinetobacter)。对菌株L1进行了生理生化性质的鉴定，结果表明菌株L1的硝酸盐还原酶、酯酶、脲酶和触酶检测为阳性;菌株L1有运动性，能够耐受一定的盐度，在三糖铁琼脂培养基中能够利用蔗糖产酸，不能够将含硫的氨基酸氧化还原成硫化氢，对大部分抗生素有抗性。对影响菌株L1产生物表面活性剂的单因素进行了研究，结果表明菌株L1在培养48.0 h时，发酵液的表面张力达到最低，为25.4 mN/m;菌株L1最适碳源为液体石蜡，在该条件下发酵液的表面张力为24.8 mN/m;最适装液量为30.0 mL(250.0 mL锥形瓶)，此时发酵液的表面张力为25.2 mN/m;最适pH为7.0，在该条件下发酵液的表面张力为26.4 mN/m;最适盐浓度为2.0％，此时发酵液表面张力为25.2 mN/m。在单因素的最优条件下培养菌株L1，发酵液表面张力降至24.5 mN/m。
　　将筛选得到的脱硫菌应用到高硫煤的脱硫中。对影响菌株ND脱除高硫煤中硫的单因素进行了优化，结果表明，菌株ND脱硫的最适培养时间为8.00 d，此时有机硫的脱除率达到了57.79％;最适脱硫的煤浆浓度为20.00％，此时有机硫的脱除率为56.13％;脱硫的最适煤样粒度为120-160目，此时对有机硫的脱除率能够达到58.07％;最适脱硫的接种量为50.00％，此时对有机硫的脱除率达到了62.54％。在单因素优化的基础上，对接种量、煤浆浓度和煤粒度，利用BBD实验设计方法进行了三因素三水平的响应面优化实验。结果表明，菌株ND在煤浆浓度18.70％、接种量53.35％、煤粒度130-140目的条件下，对煤炭有机硫的脱除率达到了73.18％。对脱硫前后的煤样进行红外光谱分析对比，结果表明S=O和-S-S-键振动峰明显变弱，脱硫效果明显。初步研究了将混合菌（脱硫菌ND和产生物表面活性剂菌L1）应用到DBT降解和高硫煤脱硫。结果表明，混合菌降解DBT产生的2-HBP浓度达到了0.68 mmol/L，是单菌脱硫的2.60倍;对有机硫的脱除率为76.62％，比单菌脱硫时高了3.44％。脱硫前后扫描电镜观察结果表明混合菌在脱硫作用的过程中，能够使煤的表面结构疏松，从而增大脱硫菌ND与煤的接触面积。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 煤炭脱硫概述

1．2 生物表面活性剂概述

1．3 研究目的、意义及主要内容

2 实验材料、仪器及主要设备

2．1 主要试剂

2．2 主要实验仪器及设备

3 脱硫菌的分离鉴定及脱硫特性的研究

3．1 实验材料及主要测定方法

3．2 脱硫菌株的筛选及分离纯化

3．3 菌株的鉴定及结果

3．4 影响脱硫菌脱硫的单因素实验及结果

3．5 响应面优化实验

3．6 本章小结

4 生物表面活性剂产生菌的分离、鉴定及产表面活性剂特性的研究

4．1 实验材料及主要测定方法

4．2 菌株的筛选及结果

4．3 菌株的鉴定及结果

4．4 培养基及培养条件对菌株L1产生物表面活性剂的影响

4．5 本章小结

5 菌株ND及混合菌对高硫煤脱硫作用的研究

5．1 实验材料及主要测定方法

5．2 影响菌株ND脱煤炭中有机硫的单因素实验

5．3 菌株ND对煤脱硫的响应面优化实验

5．4 混合菌群对高硫煤脱硫作用的初步研究

5．5 本章小结

6．结论及展望

6．1 主要结论

6．2 展望

6．3 创新点

参考文献

致谢

硕士期间参与项目及发表论文