微生物增產(chǎn)煤層氣技術(shù)利用厭氧微生物降解煤產(chǎn)甲烷的代謝特性,在煤層原位實(shí)現(xiàn)煤的生物轉(zhuǎn)化,不僅能夠增加煤層氣儲(chǔ)量、延長(zhǎng)煤層氣井服務(wù)年限,而且能夠改善煤層滲透性、提高煤層氣采收率。具有綠色、無(wú)污染、低能耗等優(yōu)勢(shì),應(yīng)用前景廣闊。關(guān)于微生物增產(chǎn)煤層氣,已有研究多通過(guò)細(xì)菌的角度研究該技術(shù)的核心和機(jī)理,關(guān)于煤層原位真菌厭氧降解煤的研究還相對(duì)較少,而真菌在復(fù)雜有機(jī)物的降解中具有天然的優(yōu)勢(shì),能夠在牛瘤胃中與產(chǎn)甲烷菌協(xié)同作用產(chǎn)生甲烷。由此,本文以沁水盆地?zé)o煙煤為研究對(duì)象,通過(guò)傳代、富集的方法培育高效厭氧降解煤的原位真菌菌群,分析培養(yǎng)條件對(duì)菌群厭氧降解煤的影響機(jī)制。通過(guò)對(duì)反應(yīng)過(guò)程中不同時(shí)間段的微生物組成、晶核結(jié)構(gòu)、中間產(chǎn)物、官能團(tuán)四個(gè)方面的變化進(jìn)行分析,初步確定原位真菌在厭氧降解煤中的作用以及真菌菌群厭氧降解煤增產(chǎn)甲烷的代謝途徑,分析沁水盆地原位真菌厭氧降解煤增產(chǎn)甲烷的機(jī)理。(1)富集培養(yǎng)結(jié)果表明,高效真菌菌群的最佳培養(yǎng)條件為溫度35℃、pH=8、鹽度0.5%、粒徑0.075~0.150mm、固液比1:30,在此條件下的最大甲烷產(chǎn)量可達(dá)237?mol/g coal。且菌群對(duì)高階煤的降解效果優(yōu)于低階煤;在空氣中暴露一定時(shí)間后返回厭氧環(huán)境仍能夠保持良好的降解能力。(2)高通量測(cè)序結(jié)果表明,富集得到的高效真菌菌群在門級(jí)別上以Ascomycota(子囊菌門)為主,古菌類別主要為Methanocella(甲烷胞菌屬),其代謝類型均為嗜溫氫營(yíng)養(yǎng)型。(3)XRD結(jié)果表明,真菌作用具有一定的溶脹效應(yīng),使無(wú)煙煤整體晶核結(jié)構(gòu)更為疏松。同時(shí)隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行,無(wú)煙煤的芳香性降低,即微生物能夠有效破壞煤的芳環(huán)結(jié)構(gòu),從而有效利用煤中的芳香類有機(jī)質(zhì)產(chǎn)甲烷。(4)FTIR結(jié)果表明,煤中各官能團(tuán)特征峰的伸縮振動(dòng)強(qiáng)度均隨反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì),其中芳香官能團(tuán)中結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的單取代苯的百分含量變化相對(duì)于復(fù)雜的官能團(tuán)來(lái)說(shuō)更為顯著;含氧官能團(tuán)中,脂肪含氧官能團(tuán)的伸縮振動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)于芳香含氧官能團(tuán)的伸縮振動(dòng)強(qiáng)度;脂肪官能團(tuán)中,生物降解后,脂肪類物質(zhì)的側(cè)鏈官能團(tuán)的伸縮振動(dòng)強(qiáng)度明顯減弱。(5)GC-MS結(jié)果表明,反應(yīng)過(guò)程中間產(chǎn)物主要包含芳香類、烷烴類、醇、酯、酸及雜環(huán)類化合物。其中,烷烴類及醇類化合物隨著反應(yīng)的進(jìn)行呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì),芳香類化合物在反應(yīng)中不同時(shí)間下的相對(duì)百分含量沒(méi)有顯著的變化,但對(duì)應(yīng)的芳香類化合物的豐度隨著反應(yīng)進(jìn)行呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì),表明煤中的芳香類物質(zhì)逐漸被降解利用。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：Q93;TD712
【部分圖文】：

圖 1-1 中國(guó)煤層氣地面抽采及井下抽采生產(chǎn)歷史[28]Fig 1 History of coalbed methane extraction and extraction production in China.2.3 開(kāi)發(fā)煤層氣的意義在現(xiàn)有的能源環(huán)境下，煤層氣的開(kāi)發(fā)主要有以下幾個(gè)方面的意義：第一，隨著我國(guó)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，能源的需求量也在持續(xù)增大。煤層氣作為一種高效、清潔能源，層氣的開(kāi)發(fā)及利用能夠作為常規(guī)天然氣的有效補(bǔ)充，在一定程度上改善我國(guó)能源環(huán)境緊張局勢(shì)，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。第二，煤層氣作為一種綠色清潔能源，主要成分為烷，燃燒后的產(chǎn)物主要為二氧化碳和水。而甲烷相對(duì)于二氧化碳來(lái)說(shuō)會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重溫室效應(yīng)，同等質(zhì)量的甲烷其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的 23 倍左右。同時(shí)，在煤礦開(kāi)中，相對(duì)于其他化石燃料的排放量，甲烷的排放量可以達(dá)到總排放量的 50%左右，如將二氧化碳直接排入空氣中很容易造成嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，因此提高甲烷的利用率是目

復(fù)雜有機(jī)質(zhì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷過(guò)程

圖 1-2 復(fù)雜有機(jī)質(zhì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷過(guò)程Fig 1-2 The methane production process anaerobic fermentation of complex organic matter
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2869105