降解甲烷微生物的生物学特性研究

瓦斯是煤矿安全生产的最大隐患,利用微生物技术治理煤矿瓦斯的研究是目前国内外学者研究的热点。从垃圾填埋场的湿土中成功筛选出一种能降解甲烷的菌株,应用形态学观察及16S rDNA序列的同源性分析对该菌种进行了鉴定,同时研究了其培养条件及降解甲烷的性能。结果表明:该菌种属萎缩芽孢杆菌属(Bacillus atrophaeus),其最佳生长温度为32℃,pH值为6.5,氧气与甲烷体积比为2∶3,在此条件下48 h内甲烷降解率接近50%。

厌氧微生物降解原煤体吸附甲烷试验研究

为了研究厌氧型微生物对实体煤中吸附甲烷的降解效能,富集、纯化、分离了高效降解甲烷的厌氧型甲烷氧化菌;并在三轴应力渗流试验装置基础上,制作成模拟原始煤体赋存环境下厌氧微生物降解甲烷试验、分析系统。试验过程中通过定量、连续地控制、加载轴压和围压,同时将微生物菌液高压注入实体煤试件内,使菌液在煤体内均匀地扩散与分布。分析计算试验前后煤体吸附甲烷的减少量和二氧化碳的增加量。结果表明:在围压1~5 MPa、轴压1.5~7.5 MPa内随着加载轴压和围压的增大,该类厌氧型微生物降解甲烷的效率和二氧化碳产量均得到增加,甲烷降解率从24.22%增加到36.43%,二氧化碳产量从59.34 cm^3增加到102 cm^3,然而二氧化碳的增加量小于甲烷的减少量,推测其原因可能与降解甲烷中间过程生成存留部分碳氢化合物有关。

好氧型甲烷氧化菌对风流中甲烷的降解实验

为了研究好氧型甲烷氧化菌对风流中甲烷的降解效能,分离纯化出可以甲烷为唯一碳源的好氧型耗甲烷菌株,设计出一种模拟巷道风流中甲烷降解实验装置,实现了对不同甲烷浓度、不同风流量、不同菌液体积的调控。实验结果表明:在保持风流量为200 m L/min、菌液体积为200 m L的条件下,甲烷浓度越高,越有利于甲烷的降解;在菌液体积为200 m L、甲烷浓度为50%的条件下,风流量从400 m L/min减到200 m L/min,最低甲烷浓度由42%下降到33%;在保持风流量为200 m L/min、甲烷浓度为30%的条件下,菌液量越多,越有利于甲烷的降解。

石油烃降解产甲烷菌系DNA提取方法比较研究

基因组DNA提取方法是评价微生物种群多样性的关键因素,文章研究了不同提取方法对石油烃降解产甲烷菌群结构的影响。分别采用如下五种方法提取纯化DNA:方法 I:玻璃珠振荡破壁、Tris平衡酚(pH值8.0)、氯仿、异戊醇提取,Promega试剂盒纯化法;方法 II:玻璃珠振荡破壁,水饱和酚(pH值5.2)、氯仿、异戊醇提取,Promega试剂盒纯化法;方法 III:进口试剂盒1+核酸自动提取仪法,方法 IV:玻璃珠振荡破壁,核酸自动提取仪提取法;方法 V:国产试剂盒提取法。通过末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析细菌和古菌群落结构组成。采用不同方法获得的细菌和古菌的主要菌群结构类似,但是相对丰度存在差异。

假单胞杆菌DM1在二氯甲烷降解过程中的微生物动力学

采用半连续培养技术研究了假单胞杆菌(Pseudomonas)DM1在二氯甲烷降解过程中的微生物动力学。高浓度底物二氯甲烷和高浓度产物氯化物对DM1的生长和底物的消耗具有严重的抑制效应。反应的最佳浓度条件是:CH_2Cl_2 1.2mmol/L,氯化物<100mmol/L。当二氯甲烷或氯化物浓度高于其极限浓度时,细菌失活并自溶,μ≤0。对于具有严重底物抑制的发酵过程,特别是以有毒化合物为唯一碳源的生物降解过程,本文提出一个新的动力学模型。由两项组成,第一项反映了传统的Monod类型的可逆络合机理,第二项表示有毒物质对生物体代谢作用的不可逆抑制效应。该模型比其他传统模型能更好地描述二氯甲烷的生物降解过程。

微生物菌群的甲烷氧化效能及吸附煤体特性

甲烷氧化菌以消耗甲烷为能量来源,在环境甲烷减排方面具有广泛的应用价值,但在煤矿井下的应用研究仍处于起步阶段。为促进微生物技术在煤矿中的应用,提高煤层甲烷的治理效果,从自然界环境中筛选驯化出微生物菌群,借助实验培养装置监测了生长过程中菌液的微环境变化和气体消耗特征,并采用接触角测试装置和理论分析,考察了纯水、培养基和菌液在不同煤样表面的接触角动态变化,最后结合傅里叶红外光谱测试(FTIR)分析了取自山西沁城煤矿的无烟煤(QC)和取自河南新安煤矿的焦煤(XA)中矿物质对润湿角的影响规律。研究结果表明:①所筛选的微生物菌群具有较强的甲烷氧化特性,两组实验结果表明15天内甲烷降解率可达71.19%和84.63%,氧气降低率可达100%;②菌液中微生物生长密度OD600值增大30倍,在第6~8天内生长最为旺盛,菌液pH值由6.32上升至7.25,ORP则由210 mV下降至93 mV;③较之于纯水和培养基,菌液在煤体表面具有较强的润湿能力,在两种煤样表面的平衡接触角最小,XA煤样中含亲水性矿物较多,3种溶液的平衡接触角均小于QC煤样。结论认为,甲烷氧化菌群在煤矿井下具有较高的适应能力和应用价值,说明微生物技术在煤矿甲烷防治方面具有一定的优势,对煤矿安全生产具有重要意义。

不同农业有机废弃物产甲烷特性比较

为评估不同物料相同发酵条件下的产沼气特性,该文研究了玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、香蕉秸秆、鸡粪、牛粪和猪粪7种原料的基本特性及发酵情况。元素分析结果表明7种原料均不适宜直接发酵,且粪便原料的理论产气潜力优于纤维质原料。组分分析表明,纤维质原料中香蕉秸秆的可降解组分含量最高,达76.13%,粪便原料中鸡粪的易降解有机物含量最高,为59.72%。发酵试验结果表明,香蕉秸秆和鸡粪的甲烷产率分别为186.10和224.85 m L/g,BDA(biodegradability)分别为41.42%和33.28%,消化时间(T90)分别为9.5和7 d,为两类原料中产气潜力最佳的原料。基于月累计甲烷产量和Gompertz模拟结果,鸡粪和香蕉秸秆降解速率快,累计产气量高,分别达867.28 m L/g和528.92 m L/g。结果表明鸡粪和香蕉秸秆最适合作为沼气发酵的原料。

海洋环境中甲烷好氧氧化过程的研究进展

海洋环境中微生物驱动的甲烷好氧氧化作用是甲烷迁移转化过程的关键环节之一,在降解甲烷方面的贡献不容忽视,能够有效降低甲烷大气通量、影响海洋碳循环。本文系统调研了国内外文献资料,认识到海洋环境中甲烷好氧氧化的赋存范围十分广泛,可赋存于超过3 000 m水深的深海环境、热液喷口等极端环境,其中海底高压、渗漏甲烷的动态运移等是甲烷好氧氧化所面临的特殊环境,在该赋存环境下,好氧甲烷氧化菌主要以Ⅰ型氧化菌为主。Ⅰ型与Ⅱ型氧化菌对甲烷、微量金属元素等环境条件具有一定偏向性,并且在水体和沉积物两种赋存环境下氧化菌的类型也不尽相同。同时,在该赋存环境下甲烷好氧氧化强度存在时间或空间上的差异,受温度、甲烷浓度、氧浓度、微量金属元素等环境因子影响显著,但目前对压力以及甲烷渗漏运移状态对好氧氧化过程的影响规律认识不清。随着深海科研探索不断发展,甲烷氧化菌菌群多样性研究将更加丰富。此外,还需进一步针对海底高压渗漏状态下的好氧氧化过程开展精细研究工作,进一步理解海洋环境中甲烷的好氧氧化规律,这对深刻揭示甲烷迁移转化机制、科学评估甲烷生态环境效应具有重要意义。

厌氧微生物降解矿井瓦斯的特征实验研究

采场煤体是历经反复多次的沉降、变质过程之后形成的稀氧甚至缺氧、且含甲烷的复杂地质体。为了实现煤体被采掘之前甲烷降解效率的最大化,从淹水水稻田20 cm深土壤中取泥样,利用NMS培养基通过培养、分离、纯化得到了目标厌氧型甲烷氧化菌株;然后分别控制变量——温度、p H值和甲烷浓度,利用气相色谱仪测定了气样中甲烷的含量,分光光度计测定了菌样的OD600值。结果表明,在30℃、p H为6～7的条件下菌株降解甲烷的能力最强,且具有降解更高浓度甲烷的潜力。实验结果将在一定程度上丰富和完善微生物治理矿井瓦斯的理论体系,并促进其应用技术的推广和应用范围的拓展。

模拟实体煤赋存环境下厌氧微生物降解煤吸附甲烷实验

厌氧型甲烷氧化菌是一类以甲烷作为唯一碳源和能源的微生物,在降解转化煤层吸附瓦斯等方面具有广阔的应用前景。自主设计了原煤体钻孔菌液注入系统、厌氧微生物降解原煤体吸附甲烷实验分析系统。实验结果表明:30℃为该菌种最适宜生长温度,甲烷最高降解率可达47.73%;在注液压力为0~22 MPa范围内,甲烷降解率随着注液压力的增大而增大,注液压力为22MPa时,原煤体被压裂,此时甲烷降解率急剧增大,平均降解率达到63.79%;甲烷降解率随着注入菌液体积的增加而增大,注入菌液为35 mL时甲烷的降解率约为55%。