红球菌H-412脱硫性能及动力学研究

论文摘要

生物脱硫（BDS）是最近迅速发展起来的一种新型的环保型生物技术。生物脱硫技术具有选择性高、反应条件温和、不影响油品热值、设备投资和操作费用低等优点,是可能取代或补充传统的加氢催化脱硫,实现燃料油深度脱硫最有效的技术之一。生物脱硫已成为21世纪极具有发展潜力的脱硫技术之一。本论文以DBT为模型脱硫化合物,对从被石油污染的土壤中分离纯化出的一株能专一降解DBT的红球菌H-412的脱硫性能及动力学进行了研究。实验研究了水相体系中初始菌体浓度、底物DBT及产物2-HBP对菌体生长和DBT降解的影响和油水两相体系中油水相比例、水相性质、添加表面活性剂对DBT降解的影响。实验结果表明在水相体系中2-HBP对菌体生长和DBT降解有很强的抑制作用,在油水两相体系中较佳油水比为1:4,而水相介质以增殖培养基为佳。通过对生物脱硫过程的机理分析,建立了红球菌H-412在水相脱硫体系中的菌体生长、底物降解和产物生成动力学模型。根据实验数据回归了所建模型中的相关参数。模型计算结果与实验数据的对比结果表明,所建动力学模型能够较好地描述H-412菌的菌体生长、底物降解和产物生成过程。对油水两相体系中影响脱硫过程的控制步骤进行了分析,得到了传质控制的简化动力学模型,通过实验数据验证了所建模型的合理性和可靠性。在此模型基础上,对初始DBT浓度、油水相比例和添加表面活性剂对生物脱硫过程的影响进行了分析,合理地解释了加入表面活性剂Tween80能够增强传质过程,提高菌体脱硫效率的良好促进作用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 石油中的硫
• 1.2 石油脱硫技术
• 1.2.1 加氢脱硫
• 1.2.2 生物脱硫技术
• 1.3 柴油生物脱硫（BDS）技术的发展
• 1.3.1 专一性脱硫菌种
• 1.3.2 微生物脱硫基本原理
• 1.3.3 生物脱硫工艺
• 1.4 固定化微生物脱硫技术
• 1.4.1 固定化微生物技术
• 1.4.2 微生物固定化方法
• 1.4.3 固定化微生物脱硫的研究进展
• 1.5 生物脱硫过程的动力学研究
• 1.5.1 微生物发酵动力学模型
• 1.5.2 生物脱硫过程的动力学研究
• 1.6 本课题研究内容
• 第二章 红球菌H-412 脱硫性能研究
• 2.1 实验材料与方法
• 2.1.1 实验药品及仪器
• 2.1.2 实验用培养基
• 2.1.3 实验用菌体制备
• 2.1.4 菌体浓度的检测方法
• 2.1.5 DBT 检测方法
• 2.1.6 2-HBP 高效液相色谱检测法
• 2.1.7 脱硫活性测定
• 2.2 红球菌H-412 水相脱硫实验
• 2.2.1 以DBT 为唯一硫源的生长曲线
• 2.2.2 初始菌体浓度对脱硫反应的影响
• 2.2.3 底物和产物抑制作用
• 2.3 红球菌H-412 油水两相脱硫实验
• 2.3.1 不同培养条件下的细胞生长曲线
• 2.3.2 最佳相比的确定
• 2.3.3 摇床转速对脱硫反应的影响
• 2.3.4 休止细胞与非休止细胞脱硫能力比较
• 2.3.5 添加表面活性剂对油水两相脱硫的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 红球菌H-412 水相脱硫动力学研究
• 3.1 动力学模型的建立
• 3.1.1 菌体生长动力学模型
• 3.1.2 产物生成动力学模型
• 3.1.3 基质消耗动力学模型
• 3.2 模型求解
• 3.2.1 模型参数的确定
• 3.2.2 拟合曲线分析
• 3.3 模型的验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 红球菌H-412 油水两相脱硫动力学研究
• 4.1 模型的建立
• 4.1.1 模型建立的前提条件
• 4.1.2 质量衡算
• 4.1.3 模型参数
• 4.2 模型求解
• 4.2.1 初始DBT 浓度的影响
• 4.2.2 添加表面活性剂的影响
• 4.2.3 油相体积分率的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢