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厌氧污泥中微生物降解褐煤产甲烷的初步探究

2020-12-08阅读(343)

厌氧污泥中微生物降解褐煤产甲烷的初步探究

论文摘要

煤生物甲烷作为一种清洁能源,具有非常好的应用前景,在全球能源结构中扮演着越来越重要的角色,是从传统化石能源向清洁能源转化过程中不可逾越的桥梁,因此,对煤生物甲烷的研究在资源利用和经济开发上都有着重要意义。本文利用生活厌氧污泥作为外源菌群,对中国山西褐煤进行生物甲烷实验。通过对厌氧污泥富集、驯化的方法获得降解褐煤产甲烷的高效菌群,确定了最佳生长条件,并利用H2O2溶液对褐煤进行预处理,提高甲烷产量;通过气相色谱-质谱（GC-MS）分析、高效液相色谱对厌氧污泥降解褐煤产甲烷过程的中间代谢产物进行了分析;并通过16S rRNA技术对该菌群的菌群结构进行了分析。研究发现:（1）获得厌氧污泥降解褐煤产甲烷的高效菌群,最佳培养条件:温度为35℃,pH=7,煤粒径为120-140目,煤添加量为2g,最终甲烷产量为172.38μmol。（2）最佳预处理方式:30%浓度的H2O2溶液预处理褐煤15h,甲烷产量为211.58μmol,比未处理的褐煤煤样甲烷产量提高了22.7%。（3）通过GC-MS共检测到42种化合物,其中,烷烃类化合物共有15种,酮类化合物共有10种,酯类化合物共有7种,多环芳烃共有3种,醛类化合物共有2种,酚类化合物共有2种,胺类化合物共有1种,醇类化合物共有1种。（4）褐煤生物甲烷产量与挥发性有机酸含量之间存在负相关性（y=-0.585x+183.49964）,R2=0.96589,随着挥发性有机酸被产甲烷菌群消耗,甲烷产量不断增加。（5）通过16S rRNA分析厌氧污泥菌群结构,该菌群具有降解褐煤产甲烷能力,初步分析其代谢方式为乙酸发酵途径。其中,共检测到18个细菌门,分别为放线菌,厚壁菌门,拟杆菌门,螺旋体门,互养菌门,变形菌门,热袍菌门,嗜热丝菌门,纤维杆菌门,装甲菌门,软壁菌门,疣微菌门,绿弯菌门,TM6dependentiae,aminicenantes,candidatus berkelbacteria,atribacteria,cloacimonetes,WS6,parcubacteria,unclassifiedKnorank,共检测到8个古菌门,分别为Miscellaneous Euryarchaeotic Group MEG,woesearchaeota DHVEG-6,广古菌门,Diapherotrites,Candidate division YNPFFA,深古菌门,WSA2,unclassified norank。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究意义
  •   1.2 生物成因煤层气生成机理
  •   1.3 煤级对生物甲烷形成的影响
  •   1.4 煤制生物甲烷对环境的要求
  •     1.4.1 温度
  •     1.4.2 盐度
  •     1.4.3 pH值
  •     1.4.4 生物利用度
  •   1.5 微生物增产煤层气方法概述
  •     1.5.1 生物刺激
  •     1.5.2 生物强化
  •     1.5.3 提高微生物与煤的接触面积
  •     1.5.4 提高煤溶解度
  •   1.6 煤制生物甲烷研究进展
  •   1.7 论文研究方案及技术路线
  •     1.7.1 论文研究方案
  •     1.7.2 技术路线
  • 第二章 产甲烷菌群驯化及褐煤生物甲烷培养条件优化
  •   2.1 实验材料及仪器
  •     2.1.1 实验药品
  •     2.1.2 实验仪器
  •   2.2 样品及菌群来源
  •   2.3 实验方法
  •     2.3.1 煤样工业分析
  •     2.3.2 煤样预处理
  •     2.3.3 产甲烷营养液配制
  •     2.3.4 产甲烷菌群的富集
  •     2.3.5 产甲烷菌群的驯化
  •     2.3.6 培养条件对厌氧污泥降解褐煤产生物甲烷产量影响
  • 2O2预处理褐煤条件优化实验'>    2.3.7 H2O2预处理褐煤条件优化实验
  •     2.3.8 甲烷气体的检测
  •   2.4 结果与讨论
  •     2.4.1 煤样工业分析
  •     2.4.2 产甲烷菌群驯化
  •     2.4.3 培养条件对厌氧污泥降解褐煤产生物甲烷产量影响
  • 2O2预处理褐煤对甲烷产量的影响'>    2.4.4 H2O2预处理褐煤对甲烷产量的影响
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 褐煤生物甲烷产气过程中间产物的初步探究
  •   3.1 实验材料及仪器
  •     3.1.1 实验药品
  •     3.1.2 实验仪器
  •   3.2 样品及菌群来源
  •   3.3 实验方法
  •     3.3.1 产甲烷营养液配制
  •     3.3.2 褐煤生物甲烷产气实验
  •     3.3.3 甲烷气体的检测
  •     3.3.4 待测样品的预处理
  •     3.3.5 气质色谱联用仪检测条件
  •     3.3.6 高效液相色谱条件
  •   3.4 结果与讨论
  •     3.4.1 GC-MS检测结果
  •     3.4.2 褐煤生物甲烷产期过程中挥发性有机酸含量变化
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 褐煤生物甲烷产气过程中菌群结构组成
  •   4.1 实验材料及仪器
  •     4.1.1 实验药品
  •     4.1.2 实验仪器
  •   4.2 样品及菌群来源
  •   4.3 实验方法
  •     4.3.1褐煤生物甲烷产气实验
  •     4.3.2 样品预处理
  •     4.3.3 PCR扩增引物
  •     4.3.4 样品中微生物基因组总DNA的提取
  •     4.3.5 细菌和古菌的16S rRNA PCR扩增条件
  •   4.4 结果与讨论
  •     4.4.1 PCR扩增结果
  •     4.4.2 厌氧污泥降解褐煤产甲烷过程中微生物菌群结构组成
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 赵星程

    导师: 冯炘,解玉红

    关键词: 褐煤,产甲烷菌群,预处理

    来源: 天津理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

    专业: 生物学,矿业工程,环境科学与资源利用,新能源

    单位: 天津理工大学

    分类号: TD849.2;TK6;X172

    总页数: 64

    文件大小: 3278K

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