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氧化亚铁钩端螺旋菌生长与浸矿过程模型及过程在线监测与控制研究

作　者: 颜震
导　师: 林建强
学　校: 山东大学
专　业: 微生物学
关键词: 氧化亚铁钩端螺旋菌硫化矿动力学模型生物冶金计算机控制
分类号: TF18
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 211次
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内容摘要

生物冶金是微生物学与湿法冶金的交叉学科。近二三十年来,由于可用常规方法开采的金属富矿日益匮乏,也由于人们的环保意识不断增强,人们越来越开始关注如何使用生物浸矿技术,特别是应用生物浸矿技术从各种低品位矿中回收重要金属。氧化亚铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferrooxidans）是生物湿法冶金过程主要的浸矿菌种之一。该菌是一类专性自养铁氧化细菌,螺旋状,革兰氏阴性菌,有鞭毛,可运动。最适生长pH2.0,在pH1.0时仍能很好的生长;最适生长温度37℃,最高45℃。由于L.ferrooxidans可以耐受较低的pH值及较高的氧化还原电位和较高的温度,因而在微生物浸矿中起着重要的作用,已越来越受到人们的关注。在硫化矿细菌浸出过程中,金属的溶解速率与细菌的生物量有关。研究细菌生长繁殖过程中铁的行为以及各种参数的变化规律对实际的细菌浸出过程工艺条件的控制与优化具有重要的参考价值。硫化矿的氧化分为生物氧化和化学氧化（主要是三价铁离子）两大类,其中细菌吸附在固体反应物的表面是生物浸出过程的最重要的环节。氧化亚铁硫杆菌对金属硫化物的生物浸出主要分为两类,即直接浸出和间接浸出。然而,Rojas-Chapana认为存在间接和直接浸出的协调作用,而且这种协调作用有利于细菌的生存。本文通过对氧化亚铁钩端螺旋菌在9K培养基中生长及铁的行为的研究。以Fe²⁺的氧化表征氧化亚铁钩端螺旋菌的生长特性及活性,推导并建立了氧化亚铁钩端螺旋菌MLH04在含亚铁培养基中的生长响应模型。考察了不同二价铁离子初始浓度、三价铁离子初始浓度对菌体生长和对亚铁离子氧化速率的影响,并建立了底物和产物抑制条件下的细菌生长动力学模型。考察了不同初始pH对菌体生长和对亚铁离子氧化

全文目录

目录  3-7
摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-28
  1．1 生物冶金现状与前景  11
  1．2 难处理金矿的生物氧化预处理  11-13
  1．3 主要浸矿用细菌  13-14
  1．4 细菌浸矿的机理  14-17
  1．5 氧化亚铁钩端螺旋菌的浸矿模型  17-28
    1．5．1 生物冶金动力学模型的发展及理论基础  17-18
    1．5．2 浸矿微生物铁氧化生长动力学模型  18-25
      1．5．2．1 细菌铁氧化理想生长动力学  18-19
      1．5．2．2 底物和产物(Fe~2+和 Fe~3+浓度)对细菌铁氧化生长动力学的影响  19-20
      1．5．2．3 氧浓度对细菌铁氧化生长动力学的影响  20-22
      1．5．2．4 温度、pH对细菌铁氧化生长动力学的影响  22-24
      1．5．2．5 三价铁离子对硫化矿化学浸出动力学模型  24-25
    1．5．3 综合多因数模型的建立及应用  25-28
第二章遗传算法及禁忌搜索在生物数学模型参数优化中的应用  28-37
  2．1 引言  28
  2．2 算法原理与步骤  28-34
    2．2．1 遗传算法  28-31
      2．2．1．1 遗传算法的原理与步骤  28-30
      2．2．1．2 种群数量(n)、交叉率、突变率和世代数(Generation)的选择确定  30-31
    2．2．2 禁忌搜索  31-34
      2．2．2．1 禁忌搜索的算法原理与计算步骤  32-33
      2．2．2．2 禁忌表长度(T)、邻域、侯选集、迭代步长的选择确定  33-34
  2．3 结果与讨论  34-37
第三章氧化亚铁钩端螺旋菌生长动力学研究  37-45
  3．1 引言  37
  3．2 材料与方法  37-38
    3．2．1 菌种  37
    3．2．2 培养基及培养条件  37
    3．2．3 仪器  37
    3．2．4 药品  37-38
    3．2．5 分析方法  38
  3．3 结果与讨论  38-45
    3．3．1 氧化亚铁钩端螺旋菌利用能源的情况  38-39
    3．3．2 初始 Fe~2+浓度对菌体生长的影响  39-40
    3．3．3 初始 Fe~3+浓度对菌体生长的影响  40-42
    3．3．4 初始pH对菌体生长及铁氧化速率的影响  42-45
第四章氧化亚铁钩端螺旋菌生长的数学模型构建与过程模拟  45-58
  4．1 引言  45
  4．2 数学模型  45-46
    4．2．1 细菌铁氧化理想生长动力学数学模型  45
    4．2．2 底物和产物抑制条件下的细菌生长动力学模型  45-46
  4．3 结果与讨论  46-58
    4．3．1 细菌铁氧化理想生长动力学数学模型  46-50
    4．3．2 底物和产物抑制条件下的细菌生长动力学模型  50-56
    4．3．3 pH对细菌铁氧化生长动力学的影响  56-58
第五章硫化矿物生物氧化动力学研究  58-69
  5．1 引言  58
  5．2 材料与方法  58-59
    5．2．1 菌种  58
    5．2．2 培养基及培养条件  58
    5．2．3 仪器  58
    5．2．4 药品  58-59
    5．2．5 分析方法  59
  5．3 结果与讨论  59-69
    5．3．1 菌体对矿物的吸附特性  59-60
    5．3．2 三价铁离子对矿物的化学氧化速度  60-63
    5．3．3 添加不同物质对微生物浸矿的影响研究  63-66
    5．3．4 微生物浸矿研究  66-69
第六章．氧化亚铁钩端螺旋菌浸矿的数学模型构建与过程模拟  69-80
  6．1 引言  69
  6．2 数学模型  69-70
    6．2．1 菌体对矿物的吸附动力学模型  69
    6．2．2 三价铁离子对矿物的化学氧化动力学模型  69-70
    6．2．3 氧化亚铁钩端螺旋菌矿粉吸附生长动力学模型  70
  6．3 结果与讨论  70-80
    6．3．1 菌体对矿物的吸附动力学模型  70-72
    6．3．2 三价铁离子对矿物的化学氧化动力学模型  72-75
    6．3．3 氧化亚铁钩端螺旋菌浸矿综合建模研究  75-80
第七章氧化亚铁钩端螺旋菌生长过程计算机在线监测与控制  80-84
  7．1 引言  80
  7．2 材料与方法  80
  7．3 结果与讨论  80-84
    7．3．1 分布式计算机在线监控系统构建  80-81
    7．3．2 氧化亚铁钩端螺旋菌培养过程计算机在线监测与控制  81-84
第八章氧化亚铁钩端螺旋菌固定化研究  84-90
  8．1 引言  84
  8．2 材料与方法  84-85
    8．2．1 菌种  84
    8．2．2 培养基及培养条件  84
    8．2．3 仪器与材料  84-85
    8．2．4 药品  85
    8．2．5 分析方法  85
  8．3 结果与讨论  85-90
    8．3．1 固定化细胞计算机自控生物反应器构建  85-86
    8．3．2 几种吸附型材料的固定化效果比较  86-87
    8．3．3 应用组合纤维填料的氧化亚铁钩端螺旋菌固定化研究  87-90
总结  90-91
参考文献  91-95
符号说明  95-97
致谢  97-98
学位论文评阅及答辩情况表  98

氧化亚铁钩端螺旋菌生长与浸矿过程模型及过程在线监测与控制研究

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