沁水盆地原位真菌厌氧降解煤增产甲烷研究

发布时间：2020-11-03 21:11

　　微生物增产煤层气技术利用厌氧微生物降解煤产甲烷的代谢特性,在煤层原位实现煤的生物转化,不仅能够增加煤层气储量、延长煤层气井服务年限,而且能够改善煤层渗透性、提高煤层气采收率。具有绿色、无污染、低能耗等优势,应用前景广阔。关于微生物增产煤层气,已有研究多通过细菌的角度研究该技术的核心和机理,关于煤层原位真菌厌氧降解煤的研究还相对较少,而真菌在复杂有机物的降解中具有天然的优势,能够在牛瘤胃中与产甲烷菌协同作用产生甲烷。由此,本文以沁水盆地无烟煤为研究对象,通过传代、富集的方法培育高效厌氧降解煤的原位真菌菌群,分析培养条件对菌群厌氧降解煤的影响机制。通过对反应过程中不同时间段的微生物组成、晶核结构、中间产物、官能团四个方面的变化进行分析,初步确定原位真菌在厌氧降解煤中的作用以及真菌菌群厌氧降解煤增产甲烷的代谢途径,分析沁水盆地原位真菌厌氧降解煤增产甲烷的机理。(1)富集培养结果表明,高效真菌菌群的最佳培养条件为温度35℃、pH=8、盐度0.5%、粒径0.075~0.150mm、固液比1:30,在此条件下的最大甲烷产量可达237?mol/g coal。且菌群对高阶煤的降解效果优于低阶煤;在空气中暴露一定时间后返回厌氧环境仍能够保持良好的降解能力。(2)高通量测序结果表明,富集得到的高效真菌菌群在门级别上以Ascomycota(子囊菌门)为主,古菌类别主要为Methanocella(甲烷胞菌属),其代谢类型均为嗜温氢营养型。(3)XRD结果表明,真菌作用具有一定的溶胀效应,使无烟煤整体晶核结构更为疏松。同时随着反应的持续进行,无烟煤的芳香性降低,即微生物能够有效破坏煤的芳环结构,从而有效利用煤中的芳香类有机质产甲烷。(4)FTIR结果表明,煤中各官能团特征峰的伸缩振动强度均随反应的持续进行呈现出逐渐下降的趋势,其中芳香官能团中结构较为简单的单取代苯的百分含量变化相对于复杂的官能团来说更为显著;含氧官能团中,脂肪含氧官能团的伸缩振动强度强于芳香含氧官能团的伸缩振动强度;脂肪官能团中,生物降解后,脂肪类物质的侧链官能团的伸缩振动强度明显减弱。(5)GC-MS结果表明,反应过程中间产物主要包含芳香类、烷烃类、醇、酯、酸及杂环类化合物。其中,烷烃类及醇类化合物随着反应的进行呈现出逐渐降低的趋势,芳香类化合物在反应中不同时间下的相对百分含量没有显著的变化,但对应的芳香类化合物的丰度随着反应进行呈现出逐渐降低的趋势,表明煤中的芳香类物质逐渐被降解利用。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：Q93;TD712
【部分图文】：

生产历史,地面,温室效应,煤层气

图 1-1 中国煤层气地面抽采及井下抽采生产历史[28]Fig 1 History of coalbed methane extraction and extraction production in China.2.3 开发煤层气的意义在现有的能源环境下，煤层气的开发主要有以下几个方面的意义：第一，随着我国济的持续高速发展，能源的需求量也在持续增大。煤层气作为一种高效、清洁能源，层气的开发及利用能够作为常规天然气的有效补充，在一定程度上改善我国能源环境紧张局势，创造更多的经济效益。第二，煤层气作为一种绿色清洁能源，主要成分为烷，燃烧后的产物主要为二氧化碳和水。而甲烷相对于二氧化碳来说会产生更为严重温室效应，同等质量的甲烷其温室效应约为二氧化碳的 23 倍左右。同时，在煤矿开中，相对于其他化石燃料的排放量，甲烷的排放量可以达到总排放量的 50%左右，如将二氧化碳直接排入空气中很容易造成严重的温室效应，因此提高甲烷的利用率是目

产甲烷过程,厌氧发酵,有机质,生物发酵