本文關(guān)鍵詞：煤炭瓦斯生物治理菌種的選育、分子鑒定及優(yōu)化試驗研究

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【摘要】：瓦斯是指從煤巖中放出的有毒、有害氣體的總稱。長期以來煤礦瓦斯治理和災(zāi)害防治一直是困擾煤礦安全生產(chǎn)的世界性難題,至今仍沒有很好的從根本上解決這一問題的辦法。同時煤所具有的吸附和儲存瓦斯的性能也給原煤的儲存帶來了極大的安全隱患。利用微生物的方法來治理煤礦瓦斯是一種十分有意義的新途徑。本文對微生物降解瓦斯進行了初步的試驗研究和探索。 本論文選取煤樣和煤礦附近土壤樣品,利用甲烷氧化菌選擇培養(yǎng)基通過往密封血清瓶中置換入甲烷氣體的方式,分離出了能夠以甲烷為唯一碳源的甲烷氧化菌。在經(jīng)過菌株的增殖培養(yǎng)、初篩、復(fù)篩、平板劃線分離后得到一株能夠高效降解甲烷的甲烷氧化菌株M-1。對所得菌株進行菌落形態(tài)及細胞形態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn)M-1菌落光滑、致密為圓形,細胞較小呈短桿狀,為革蘭陰(G-)性菌。初代培養(yǎng)時吸光度在48h后即可達到最大值(OD600=0.246),甲烷氧化利用率在96h時達到最大值68.26%。通過對菌株進行16S rDNA基因測序、比對、構(gòu)建16S rDNA基因系統(tǒng)發(fā)育樹后可以確定分離得到的菌株為一株能夠降解甲烷的假單胞菌屬(Pseudomonas)。 通過單因素試驗發(fā)現(xiàn)甲烷氧化菌M-1的最適生長pH為6.5,最適生長溫度為35℃,最佳氮源為KNO3。甲烷氧化菌M-1不僅能夠利用甲烷作為碳源,而且能夠利用葡萄糖、淀粉、甲醇、蛋白胨等碳源生長。響應(yīng)面優(yōu)化得到M-1的最佳培養(yǎng)基配方為Na2HPO40.30g/L, KH2PO40.28g/L, MgSO4·7H2O1g/L, KNO31g/L, CaCl20.08g/L,微量元素液1為587.18μL,微量元素液2為3080.30μL時,通過Design Expert軟件預(yù)測最大響應(yīng)值OD600為0.296。以此模型為最優(yōu)條件配制培養(yǎng)基培養(yǎng)甲烷氧化菌48h得到OD600為0.293,與預(yù)測得到的值基本接近。利用上述最優(yōu)培養(yǎng)基進行正交試驗分析得到在培養(yǎng)溫度35℃,初始pH=7,接種量3%,注入12mlCH4時預(yù)測均值達(甲烷氧化率)94.68%。對正交試驗結(jié)果進行驗證試驗得到甲烷氧化率實際值達到92.60%,與正交試驗預(yù)測結(jié)果相一致。通過測試M-1在混合氣體條件下甲烷氧化試驗得到在此條件下的甲烷降解率為64.26%,混合氣體由之前的在爆炸范圍內(nèi)(甲烷含量6.8%)降解到甲烷含量為2.43%的安全范圍。
【關(guān)鍵詞】：瓦斯 甲烷氧化菌 假單胞菌屬 響應(yīng)面
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-23
• 1.1 煤礦瓦斯14-15
• 1.1.1 瓦斯的生成及其性質(zhì)14-15
• 1.1.2 煤層瓦斯的賦存及吸附特性15
• 1.2 瓦斯災(zāi)害防治及存在問題15-17
• 1.2.1 煤礦瓦斯的危害15
• 1.2.2 瓦斯爆炸現(xiàn)有防治措施15-16
• 1.2.3 存在問題16
• 1.2.4 煤礦瓦斯治理的新技術(shù)和新方法16-17
• 1.3 微生物治理煤礦瓦斯概述17-20
• 1.3.1 利用瓦斯的微生物及其分布17-18
• 1.3.2 微生物降解瓦斯機理18-19
• 1.3.3 甲烷單加氧酶的分子生物學(xué)19-20
• 1.4 國內(nèi)外微生物治理煤礦瓦斯的研究現(xiàn)狀及存在問題20-21
• 1.4.1 國內(nèi)外微生物治理煤礦瓦斯的研究現(xiàn)狀20
• 1.4.2 微生物治理煤礦瓦斯存在問題20-21
• 1.5 本論文主要內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵及研究路線21-23
• 1.5.1 主要研究內(nèi)容21-22
• 1.5.2 擬解決的問題22
• 1.5.3 研究路線22-23
• 2 材料、主要設(shè)備及研究方法23-29
• 2.1 試驗研究的主要試劑和設(shè)備23-24
• 2.1.1 主要試劑23-24
• 2.1.2 主要儀器及設(shè)備24
• 2.2 菌種與培養(yǎng)基24-25
• 2.2.1 菌株的來源24
• 2.2.2 甲烷氧化菌培養(yǎng)基24-25
• 2.3 試驗研究方法25
• 2.3.1 含甲烷氧化菌樣品的富集培養(yǎng)25
• 2.3.2 甲烷氧化菌群的篩選25
• 2.4 甲烷氧化菌生理生化特性25-29
• 2.4.1 菌株的形態(tài)觀察25-26
• 2.4.2 生理生化特征試驗26-28
• 2.4.3 甲烷氧化菌生長量的測定28
• 2.4.4 甲烷氧化菌降解甲烷性能的測定28
• 2.4.5 試驗數(shù)據(jù)的科學(xué)分析方法28-29
• 3 甲烷氧化菌的純化及分子生物學(xué)鑒定試驗29-44
• 3.1 菌種來源29
• 3.2 試驗材料29
• 3.2.1 試驗試劑和儀器29
• 3.2.2 培養(yǎng)基29
• 3.3 甲烷氧化菌的培養(yǎng)與純化29-31
• 3.4 菌株形態(tài)觀察與生理生化鑒定31-35
• 3.4.1 菌落觀察31-32
• 3.4.2 掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy)32-33
• 3.4.3 甲烷氧化菌的生理生化33-34
• 3.4.4 甲烷氧化菌M-1生長量測定34-35
• 3.4.5 甲烷氧化菌降解甲烷性能的測定35
• 3.5 甲烷氧化菌M-1基因測序35-39
• 3.5.1 基因組DNA的提取35-36
• 3.5.2 16S rDNA PCR擴增電泳檢測36-38
• 3.5.3 擴增16S rDNA全序列38-39
• 3.6 甲烷氧化菌M-1系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建39-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 4 甲烷氧化菌高密度培養(yǎng)響應(yīng)面優(yōu)化試驗44-60
• 4.1 菌種來源44
• 4.2 試驗材料44
• 4.2.1 試驗試劑和儀器44
• 4.2.2 培養(yǎng)基44
• 4.3 甲烷氧化菌M-1單因素優(yōu)化試驗44-48
• 4.3.1 甲烷氧化菌的活化與增殖44
• 4.3.2 單因素優(yōu)化試驗44-48
• 4.4 響應(yīng)面優(yōu)化培養(yǎng)基試驗設(shè)計48-50
• 4.4.1 Plackett-Burman(PB)實驗設(shè)計48-49
• 4.4.2 最陡爬坡實驗49
• 4.4.3 響應(yīng)面分析49-50
• 4.5 響應(yīng)面優(yōu)化培養(yǎng)基試驗結(jié)果50-59
• 4.5.1 Plackett-Burman(PB)實驗設(shè)計及結(jié)果50-53
• 4.5.2 最陡爬坡實驗設(shè)計結(jié)果53
• 4.5.3 Box-Behnken實驗結(jié)果分析53-56
• 4.5.4 響應(yīng)面最優(yōu)值與實驗驗證56-59
• 4.6 本章小結(jié)59-60
• 5 微生物治理瓦斯性能試驗研究60-77
• 5.1 菌種來源60
• 5.2 試驗材料60-61
• 5.2.1 試驗試劑和儀器60
• 5.2.2 培養(yǎng)基60-61
• 5.3 甲烷氧化菌M-1利用瓦斯性能優(yōu)化試驗61-69
• 5.3.1 氣相色譜分析61
• 5.3.2 氣體GC分析條件及測定方法61-63
• 5.3.3 甲烷氧化菌M-1降解甲烷正交優(yōu)化試驗63-65
• 5.3.4 試驗方法、步驟及試驗結(jié)果65-69
• 5.4 試驗結(jié)果分析與最優(yōu)水平預(yù)測69-76
• 5.4.1 直觀分析70-72
• 5.4.2 最優(yōu)結(jié)果預(yù)測分析72-74
• 5.4.3 混合氣體條件下甲烷氧化試驗74-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論與展望77-79
• 參考文獻79-82
• 致謝82-83
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果83

【共引文獻】

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本文編號：1024609