褐煤本源菌生氣特征及其作用機理

【摘要】： 闡明微生物與煤中有機質(zhì)相互作用而生氣的特征和機理,是深入理解煤層氣成因及創(chuàng)新煤層氣開采方法的重要基礎(chǔ)。為此,本文以昭通盆地褐煤為對象開展次生生物煤層氣生成的模擬實驗研究,并對生氣機制進行了探討。 研究發(fā)現(xiàn),褐煤樣品中有本源活性厭氧細菌存在,以厭氧纖維素分解菌為主,硫酸鹽還原菌極少;成功富集到本源產(chǎn)甲烷菌,以革蘭氏陽性桿菌為主,個體差異較大。在此基礎(chǔ)上,以富集到的本源菌為菌源,利用褐煤樣品為底物進行了生物氣生成模擬實驗。結(jié)果表明:本源厭氧菌經(jīng)過適應(yīng)期后,能夠利用褐煤有機質(zhì)大量生氣;次生生物氣經(jīng)歷了兩個產(chǎn)氣周期,第一周期為腐植組產(chǎn)氣期,第二周期是惰質(zhì)組、穩(wěn)定組產(chǎn)氣期。認為產(chǎn)甲烷菌數(shù)量和腐植組含量直接影響生成潛力,礦物質(zhì)對生氣量影響明顯;第一個周期的生氣機理是乙酸發(fā)酵,第二個周期有CO2還原作用參與其中。 結(jié)果顯示:所生成甲烷的δ13C1值和δD均處于次生生物氣正常范圍;δ13C1隨著降解時間延長而變輕,這主要受底物類型和甲烷生成途徑控制;12C有明顯從原煤向生物氣中遷移的特征,認為母源繼承關(guān)系和顯微組分構(gòu)成是造成遷移行為差異的重要原因。同時發(fā)現(xiàn):在厭氧細菌降解作用下,褐煤族組分中飽和烴是受微生物降解的主要成分,厭氧細菌對偶數(shù)碳烷烴的降解能力更強,對正構(gòu)烷烴的降解能力強過對異構(gòu)烷烴的降解,低碳數(shù)的正構(gòu)烷烴受降解程度大于高碳數(shù)烷烴,降解后期長鏈烷烴才受到明顯的生物降解作用。 基于實驗結(jié)果認為,褐煤次生生物氣產(chǎn)出是多種微生物共同作用的結(jié)果。隨降解活動的進行,體系中優(yōu)勢微生物、生物酶發(fā)生改變和更替,引起pH值和VFA含量變化。降解初期發(fā)酵細菌為優(yōu)勢菌種,產(chǎn)甲烷菌和輔酶F420活性受到酸性物質(zhì)的抑制。隨后,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌成為優(yōu)勢菌,它們利用發(fā)酵細菌代謝產(chǎn)物產(chǎn)生乙酸和氫,兩者之間具有食物鏈關(guān)系。輔酶F420活性在靜止期后增長迅速,并在產(chǎn)氣高峰期達到最大,體現(xiàn)本源產(chǎn)甲烷菌對褐煤底物的良好適應(yīng)性,是評價產(chǎn)氣量高低的有效指標。 通過改變生氣條件,研究底物類型、褐煤粒度、礦井水和煤矸石對褐煤生物氣生成的影響。結(jié)果表明:不同配比的酵母浸出液、甲醇和乙酸鈉溶液對生物氣生成具有抑制或激活作用,較小粒度褐煤有利于提高生氣率,不同比例礦井水的添加能夠有效增加次生生物氣產(chǎn)量。煤矸石本身不能作為基質(zhì)被厭氧細菌利用。 【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：P618.11

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