中空纤维膜无泡供氧过程的传质性能研究

使用中空纤维膜向液相系统中供氧时,无肉眼可见的气泡产生.与传统的泡式供氧相比,这种新颖的膜式无泡供氧具有传氧效率高、无泡沫产生和能耗低等优点,特别适宜应用于发酵、活性污泥废水处理和动物细胞培养等生物反应和人工控制的生命过程中.本文对中空纤维膜无泡供氧过程的传质机理、传质阻力、传质方程和影响传质系数的操作参数等传质性能进行深入探讨,并提出了"边界层压缩"模型,以解释在无泡供养中传质系数随压力变化的原因.

宜昌地区寒武系页岩层段吸水特征、孔隙结构差异性及对页岩储层评价的意义

选取宜昌地区ZK003井寒武系页岩样品为研究对象,运用吸水实验、氦孔隙度测试、有机碳含量测定等方法,并结合矿物组成分析对水井沱组不同层段页岩孔隙发育特征及其影响因素进行对比。研究结果表明:宜昌地区寒武系水井沱组自下而上分为4段,不同层段页岩孔隙特征具有显著的差异,总体表现为TOC含量越高,页岩的单位岩石饱和吸水量越高,初始吸水速率越高,孔隙度也越大。其中富有机质一段和二段页岩TOC含量为1.8%~11.5%,平均为4.6%;页岩氦孔隙度为1.6%~5.8%,平均为3.9%;饱和吸水量为6.1~21.4 mg/g,平均为15.3 mg/g。水井沱组富有机质第一段页岩TOC含量比第二段高,而孔隙度、吸水量、吸水速率却明显比二段偏低,分析发现第一段碳酸盐矿物与吸水量呈良好负相关关系,而第二段页岩黏土矿物含量与岩石吸水量呈明显正相关,因此认为第一段中碳酸盐矿物的化学胶结作用阻碍了微、纳米孔隙的发育,而第二段页岩黏土矿物自身发育的微孔隙和较大比表面积,对水分子起到很强的吸附作用。富有机页岩第二段孔隙度高,顶、底板泥灰岩封隔性好,有利于页岩气的富集和保存,是研究区页岩气优质储层。研究结果可为寒武系页岩优质储层筛选及页岩气勘探的“甜点区”预测提供参考。

有机磷农药高效降解微生物的筛选与鉴定

[目的]筛选对有机磷农药具有高效降解能力的微生物菌种。[方法]在有机磷农药富集地区采样,利用选择培养的方式筛选对有机磷农药具有高效降解能力的微生物菌种,对筛选到的微生物进行鉴定,并研究其降解特性。[结果]在长期受有机磷农药污染的环境下采集56份土壤及污水样本,从中筛选到可高效降解有机磷农药的菌株JWDP-16,其对氧化乐果的最高降解率达59.80%,该菌对其他有机磷农药具有广谱降解能力,同时表现出良好的遗传稳定性,通过分类鉴定确定该菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。[结论]菌株JWDP-16对有机磷农药具有高效降解能力,可进一步研究与开发。

冠突散囊菌发酵夏秋茶工艺优化研究

以自主分离的冠突散囊菌菌(Eurotium cristatum)SL-1为研究对象,对该菌株的固态发酵条件及培养基配方进行了研究。结果表明,以夏秋茶叶作为唯一氮源及发酵基质,SL-1菌株产孢的最佳培养基配方为1%(m/V)葡萄糖+1%(m/V)蔗糖,并添加由KH2PO4+K2HPO4、ZnCl2、MgSO4、CaCl2、MnSO4、FeCl3组成,终浓度为0.5%的无机盐。最适发酵条件如下:最适温度为25℃,最适初始pH为5.0,最适初始含水量为75%,最适接种量为105 CFU/g,最适发酵时间为7 d。在最佳培养基和培养条件下,获得SL-1菌株的最高产孢量(8.25×10^9 CFU/g),可为后续发酵工艺研究提供数据支撑。

圆酵母B84512单倍体的制备及其产赤藓糖醇特性分析

圆酵母B84512为工业用赤藓糖醇生产菌株,为获得其遗传育种单倍体亲本,以Mcclary产孢培养基进行该菌株子囊孢子萌发,萌发条件为:30℃,培养7 d,菌株产孢率为45%;以蜗牛酶裂解子囊孢子细胞壁150 min,共筛选出10株单倍体菌株,其中3株在发酵培养基中合成赤藓糖醇的能力相对较高,分别命名为Torula sp.B84512-7,Torula sp.B84512-8及Torula sp.B84512-9。经PCR验证,前两者为α型,后者为a型。将3株单倍体两两杂合,发现杂合子Torula sp.B84512-79的发酵性能最佳,赤藓糖醇产量高达97 g/L,约为出发菌株的56%。赤藓糖醇产量较高的单倍体亲本Torula sp.B84512-7及Torula sp.B84512-9可用于基因工程育种。

鄂西宜昌地区寒武系水井沱组页岩生物成因硅特征及其对页岩气富集的影响

通过对鄂西宜昌地区寒武系岩家河组—水井沱组页岩进行高分辨率样品采集,利用总有机碳(TOC)含量、主量元素分析、氦孔隙度等定量分析和透反射光显微镜、阴极发光显微镜等定性分析相结合的方法,研究了水井沱组黑色岩系生物成因硅的纵向变化特征及其与页岩气富集的关系。结果表明:寒武系底部岩家河组和水井沱组上部贫有机质层段过剩硅含量低,未见明显生物碎屑痕迹,几乎不含或含少量自生成因石英,而水井沱组富有机质层段存在较多生物成因硅,具有明显的分段性(一段、二段)且硅质来源明显不同。富有机质层段底部(一段)过剩硅含量高,为4.44%~24.97%,平均值为16.76%,受钙质夹层的影响波动较大,生物成因硅占比高,受陆源碎屑影响小。生物碎屑类型主要为硅质海绵骨针,还有少量絮状硅质聚集体,骨针腔体和硅质聚集体粒间孔中可见有机质。而富有机质层段中上部(二段)过剩硅含量相对一段明显降低,为7.13%~20.47%,平均值为13.66%,受陆源碎屑影响更大。生物碎屑类型主要为放射虫、纺锤状硅质聚集体和海绵骨针,可见有机质与这些生物成因硅和陆源碎屑共生在一起。在整个富有机质层段,TOC含量与总硅含量无明显关系但与过剩硅呈明显正相关性,且镜下发现似藻类孢囊中块状有机质内杂乱分布大量微晶石英,早期成岩作用阶段形成的生物成因硅不仅因为与藻类等的共生关系确保了较高生产力,同时因其在适宜的沉积环境下自身较强的硬度形成支撑格架为有机质提供了赋存空间,揭示了宜昌地区水井沱组富有机质层段生物成因硅的发育有利于有机质的富集。一段TOC含量明显高于二段但孔隙度略低,这可能与生物成因硅在这两段的差异相对应,生物成因硅与陆源碎屑一定比例共生形成的刚性格架可能对孔隙的发育和保存起保护和支撑作用。宜昌地区寒武系水井沱组富有机质层段硅质来源可能是引起页岩含气性差异的主要因素。

泥岩微观组构对有机质赋存形式和孔隙发育的影响研究:以白垩系Eagle Ford页岩为例

以美国Texas州白垩系Eagle Ford页岩为研究对象,采用氩离子抛光场发射扫描电镜技术,并结合X射线能谱分析,对位于生油窗的原始岩心样品和位于生气窗的柱状模拟样品开展镜下有机质赋存形式和孔隙发育、演化特征研究。结果表明,Eagle Ford页岩样品在镜下的不同微区可以划分出硅质黏土质条带、钙质有孔虫化石和富颗石藻透镜体3种典型组构类型,并且不同类型组构中有机质赋存形式和孔隙发育、演化特征存在显著差异。其中,硅质黏土质条带中富集大量无定形干酪根和少量结构型干酪根,无定形干酪根在生油窗由于结构内部滞留了大量吸附油基本不发育孔隙,到了生气窗伴随吸附油裂解开始形成丰富的纳米级海绵状孔隙,而结构型干酪根由于异常低的生烃潜力,基本不发育孔隙;有孔虫化石腔室内部赋存的有机质代表早期充注的运移沥青,在生油窗发育大量气泡状孔隙和丰富的纳米级海绵状孔隙,但在生气窗纳米级孔隙发生相互融合,则开始以发育微米级孔隙为主;富颗石藻透镜体中赋存的有机质可能代表相对后期充注的运移沥青,在生油窗发育丰富的纳米级海绵状孔隙,并未见气泡状孔,且在生气窗由于异常高的有机质转化率,原矿物粒间孔重新暴露,有机质几乎被消耗殆尽。该研究结果不仅证实了泥岩中有机质孔隙的发育、演化特征受有机质类型和成熟度的双重控制,同时也为从泥岩微观组构、有机质赋存形式和有机孔发育非均质性三者之间的内在联系反演地下富有机质泥岩的生—排—滞留烃过程并揭示高过成熟阶段有机质孔隙的发育载体和保存机理提供了重要研究思路。

鄂西宜昌地区寒武系水井沱组页岩破碎气地球化学特征及其对页岩含气性的指示意义

本文选取鄂西宜昌地区流溪ZK003井水井沱组页岩岩心样品13块,开展破碎气测试分析,并结合TOC含量、矿物组成含量以及邻近地区高氮气井—秭地1井的解吸气特征,综合探讨鄂西宜昌地区寒武系页岩气中氮气成因和富集机理。结果表明,研究区水井沱组页岩样品破碎气含量为1.45~14.75μL.STP/g,变化大,主要受控于页岩中碳酸盐矿物丰度;破碎气以氮气和甲烷为主,相对含量分别为7.92%~86.27%和10.10%~90.88%,且氮气含量明显受控于页岩中TOC含量和黏土矿物含量,并与页岩破碎气含量呈良好的负相关关系。破碎气主要保存在方解石、白云石、黏土矿物及有机质封闭孔隙中,高—过成熟阶段有机质中氮和铵基黏土矿物中氮的释放是水井沱组富有机质页岩中氮气的主要来源。此外,持续性构造抬升剥蚀等地质过程不仅可能造成页岩气散失,还会导致氮气的相对富集。结合我国南方不同地区古生界海相页岩气中氮气含量和氮同位素组成特征的对比分析发现,寒武系页岩气中氮气含量(2.69%~98.92%)远高于下志留统龙马溪组页岩气(0.01%~9.30%)。鄂西宜昌地区水井沱组页岩气中氮气δ^(15)N_(N_(2))相较于其他地区明显偏重(Δ^(15)N_(N_(2))=1.5‰~12.7‰),可能与铵基黏土矿物高温热裂解成因氮气有关。

固定化菌剂原位净化养殖水体效果及对微生物群落结构的影响

为深入了解固定化菌剂原位应用对养殖水体净化效果及对养殖环境中微生物群落结构的影响,监测了养殖池塘原位修复过程中水质指标变化,同时采用高通量测序方法,分析了养殖底泥与水体中微生物群落的变化特征。结果表明:实验组中养殖池塘的CODMn和氨氮的去除效果均得到了显著提升(P<0.05)。CODMn去除率从26.14%升至52.49%,氨氮去除率从76.21%提升至90.73%。CODMn的浓度基本满足养殖尾水一级排放标准,氨氮可以稳定低于0.5 mg·L^(-1),养殖过程中TP浓度保持稳定,满足排放标准。实验组水中微生物的多样性Shannon指数和丰富度Chao指数显著高于对照组(P<0.05)。固定化菌剂的加入使得实验组的环境微生物OTU数和独有的OTU数均相应增加,实验组底泥与水体间共有的OTU数更多。主坐标分析(PCoA)表明,与对照组相比,实验组中优势微生物种群的变化较大,变形菌门(Proteobacteria)数量升高促进了氨氮的转化;促进动物和植物遗骸腐烂的放线菌门(Actinobacteria)以及拟杆菌门(Bacteriidota)数量的降低与实验组中耗氧性有机污染物CODMn的浓度大幅降低有关;属水平上相对丰度的变化也反映出固定化菌剂原位应用优化了环境微生物群落结构。

复合微生物肥料在桃树上的应用效果

[目的]研究含有机磷农药降解菌的复合微生物肥料在果树增产、土壤改良及农药降解方面的作用。[方法]对复合微生物肥料进行桃树田间试验,测定增产率,检测施肥前后土壤容重、有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量及有机磷农药的残留量。[结果]与对照相比,施用复合微生物肥料处理的桃树的单果重及总产量分别提高了28.52%和26.56%,2个复合微生物处理的土壤容重分别为1.18和1.20 g/cm3,且土壤肥力明显提高。复合微生物肥料对土壤中有机磷农药的最高降解率达78.49%,且在桃果中未检测出有机磷农药残留。[结论]复合微生物肥料可大幅提高桃果产量,对土壤具有一定改良作用,可有效降解有机磷农药,适合推广使用。

Coniothyrium minitans菌株JN-CM摇瓶制种工艺的初步研究

本文对Coniothyrium minitans JN-CM菌株的摇瓶制种的可行性及其固体发酵的产孢条件进行了初步探究。首先通过对分生孢子萌发率和致腐能力的测定,验证了液体种子液进行固体发酵后得到分生孢子的活性,随后对液体制种条件和其后期固体发酵条件进行了优化。结果表明:摇瓶制种在初始p H 7.0的条件下,培养6 d可得到1.09×108cfu/m L分生孢子和5.4123 g/L菌丝体。将100μL摇瓶种子液(1×107cfu/m L)接种于5 g麸皮为基质、料水比1∶1.5、p H值为5.5的固体培养基内,发酵11 d可获得2.65x1010cfu/g分生孢子。

利用重组枯草芽孢杆菌生产γ-氨基丁酸的研究

[目的]构建一株高产L-谷氨酸脱羧酶的重组枯芽孢杆菌B.subtilis 168/p HT01-gad A-pdx H。[方法]以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为宿主细胞,将大肠杆菌脱羧酶基因(gad A)与其辅酶磷酸吡哆醛的再生基因(pdx H)在质粒p HT01上串联表达,构建一株高产L-谷氨酸脱羧酶的重组枯草芽孢杆菌B.subtilis 168/p HT01-gad A-pdx H。[结果]带有pdx H基因的重组菌B.subtilis 168/p HT01-gad A-pdx H催化谷氨酸生成γ-氨基丁酸(GABA)的效率明显高于B.subtilis 168/p HT01-gad A。催化反应24 h时,生成的GABA浓度达252 g/L,较对照菌株提高了61 g/L。进一步对重组菌B.subtilis 168/p HT01-gad A-pdx H全细胞转化谷氨酸生成GABA的条件进行了优化,其最优条件:转化缓冲液为p H 5.0的0.1 mol/L Tris-HCl,转化温度40℃,激活剂为5 mmol/L Ca^(2+)与5 mmol/L Mg^(2+)。在上述最优条件下,催化24 h生成的GABA浓度达327 g/L。[结论]所获得的重组菌转化效率较高,具有一定的工业化应用前景。

基于喷雾微囊化技术制备新型发酵源γ-氨基丁酸饲料添加剂的研究

前期采用安全菌株—枯草芽孢杆菌为宿主细胞,基于基因工程手段构建低能耗、高产γ-氨基丁酸(GABA)基因工程菌B.subtilis 168/pHT01-gadA-pdxH。通过发酵优化,GABA的催化量可达327g/L。本文在前期研究基础上,基于微胶囊技术对GABA催化液进行微胶囊缓释制剂工艺研究。实验结果表明,囊材在催化混合液中的添加浓度(质量/体积)为2.5%乙基纤维素、1.5%甘油、2.5%蔗糖、0.15%磷酸氢二钾、0.3%明胶。囊材与催化液混合时的最优转速为60 rpm,最优搅拌时间为30min;高速分散的最优速率为16000 rpm,最优分散时间为3 min。喷雾干燥出风温度设定为80℃条件下,囊材与催化液混合分散液喷雾干燥的最优进风温度为160℃,最优进料速率为1.5 L/min。最终成品中,GABA含量大于95%,枯草芽胞杆菌菌含量大于35*108 cfu/g,水分小于等于5%,产品微囊粒径200-400μm。

不同固定化微生物颗粒降解养殖尾水中污染物的性能评价

选取3种载体(凹凸棒土、卡拉胶以及硅藻土)进行固定化微生物颗粒制备,并对不同颗粒性能、污染物去除性能及主要影响因素进行了研究。颗粒性能研究表明:凹凸棒土与硅藻土固定化微生物颗粒具有较好的机械强度,卡拉胶机械强度低;在有营养补充的前提下,凹凸棒土和卡拉胶可以稳定释放1.50×10^(6)CFU/mL和2.60×10^(5)CFU/mL的微生物,硅藻土固定化微生物颗粒缓释性能较差;利用Monod方程拟合可得,对于COD_(Mn),硅藻土固定化微生物颗粒具有最大的比降解速率(μmax),卡拉胶与之相当,凹凸棒土最低,同时硅藻土固定化微生物颗粒的K_(s)值显著低于其他两种颗粒;氨氮降解动力学也呈现了相似的规律。环境条件对固定化微生物颗粒降解污染物的影响分析表明:中性(pH=7)条件下,凹凸棒土、卡拉胶、硅藻土固定化颗粒降解COD_(Mn)的一级速率常数最高;凹凸棒土与硅藻土固定化微生物颗粒在中性和碱性条件下的降解氨氮速率更高,卡拉胶在中性条件下降解氨氮速率最高。固定化微生物颗粒降解COD_(Mn)、氨氮的一级反应速率常数随温度的升高而增大,其中凹凸棒土固定化微生物颗粒对温度的变化更为敏感。除了硅藻土固定化微生物颗粒以外,随着污染物初始浓度的增加,其余两种载体降解COD_(Mn)的一级反应速率常数k1值显著上升(P<0.05)。不同曝气强度下3种固定化微生物颗粒降解COD_(Mn)一级反应速率无显著性差异(P>0.05),更高的曝气强度对氨氮降解有利。

中上扬子地区下寒武统富有机质页岩吸水特征及对页岩气勘探的指示意义

以中上扬子地区下寒武统富有机质页岩为研究对象,分别选取位于寒武系页岩气勘探突破区的湖北宜昌和四川威远2个地区的3个钻井/露头剖面(宜昌WPZK001井剖面、长阳露头剖面和威远W001-4井剖面)和目前勘探失利区的2个典型剖面(贵州开阳剖面和重庆酉阳剖面)共37件样品,开展岩石小柱体的吸水实验,并与四川盆地志留系龙马溪组富有机质页岩进行对比研究。结果表明:寒武系页岩气勘探突破区的下寒武统水井沱组/筇竹寺组富有机质页岩与四川盆地志留系龙马溪组富有机质页岩相似,其饱和吸水量主要受有机碳含量和石英含量的控制,表现出较好的正相关关系,而寒武系页岩气勘探失利区的下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩的饱和吸水量则与黏土矿物和碳酸盐矿物含量表现出弱的正相关关系,与有机碳含量和石英含量均无明显相关关系。这不仅指示了研究区下寒武统富有机质页岩发育孔隙网络特征,特别是有机质孔隙的发育,存在显著差异,同时也为从富有机质页岩矿物组成及其成因来源与孔隙发育耦合机制方面来探讨寒武系页岩含气性变化提供了新的研究思路。

四川盆地龙马溪组页岩吸水特征及3种页岩孔隙度分析方法对比

为研究分析页岩的吸水特征,有效测量页岩孔隙度,选取四川盆地黔浅1井龙马溪组5件页岩岩心样品开展吸水实验,分别从每件岩心样品中钻取一组不同直径(或不同长度)的页岩柱体,测量和计算每组各个小柱体的饱和绝对吸水量及骨架体积,建立二者的线性关系,由斜率K值表征各页岩样品单位体积的饱和吸水量,再据此计算出各页岩样品的有效孔隙度为3.51%~8.90%。为评价该方法所确定吸水孔隙度的准确性,又测定了样品的氮气吸附孔隙度和氦孔隙度,三者进行对比分析。结果显示:样品氮气吸附孔隙度为2.38%~7.04%,全部小于吸水孔隙度,二者相差0.54%~1.96%不等,这可能是由于氮气吸附实验无法探测泥页岩中孔径大于350 nm的宏孔,导致测定结果不包含这部分孔隙所贡献孔隙度而偏低。样品氦孔隙度为4.55%~8.09%,与吸水孔隙度相差仅为0.23%~0.81%,二者具有良好的一致性和可对比性,特殊地,QQ-45号样品的氦孔隙度比吸水孔隙度大2.65%,这是由于页岩柱体含微裂缝所导致的误差,而吸水实验可快速识别出含有微裂缝的柱体,能有效避免测量误差。由此可见,页岩柱体吸水实验法在有效保留页岩原生孔隙结构的前提下,通过统计分析多个页岩小柱体孔隙度测定结果而获得了页岩样品整体的吸水孔隙度,受页岩非均质性影响小,更接近页岩实际孔隙度。龙马溪组页岩孔隙度的变化与TOC含量具有良好的正相关性,与黏土及脆性矿物的相关程度不等,表明有机质是控制龙马溪组页岩孔隙度变化的主要因素。

凹凸棒土固定化微生物颗粒性能及处理效果影响因素分析

选取直径2 mm的凹凸棒土小球为无机载体,利用吸附法固定池塘土著微生物制成固定化微生物颗粒,研究其颗粒性能以及对养殖水体中COD_(Mn)和氨氮去除性能。颗粒性能实验结果显示,固定化微生物颗粒具有较好的机械强度;缓释到水中的微生物数量可维持在1.5×10^(6) CFU/mL,并且能较好地适应多变的环境条件,缓释性能稳定;利用Monod方程拟合可得,固定化微生物颗粒降解污染物性能良好。环境条件对固定化微生物颗粒降解污染物的影响分析表明:中性条件下COD_(Mn)的降解最优,中性和碱性条件下有利于颗粒对氨氮的转化;不同气体流量对固定化微生物颗粒降解COD_(Mn)无显著性差异(P>0.05),水体中溶解氧最高[DO=(8.600±0.028)mg/L]时,氨氮降解效果最优;污染物初始浓度升高,固定化微生物降解COD_(Mn)、氨氮的一级反应速率逐渐增加(除了初始氨氮浓度过高时);在10~35℃内,温度越高,颗粒降解COD_(Mn)、氨氮速率越大。