【摘要】：微生物增產(chǎn)煤層氣,被認為是具有應(yīng)用前景的一種煤層氣再生方式,可以有效緩解能源短缺。國內(nèi)外研究者通過從微生物刺激、微生物強化、增加煤溶解度和生物利用率等方面來增產(chǎn)煤層氣,特別是在添加營養(yǎng)物質(zhì)刺激微生物復(fù)蘇和生長,更是成為研究的熱點。煤地質(zhì)微生物處在一種較為惡劣和缺乏營養(yǎng)的環(huán)境下,處于不活潑的狀態(tài),需要某些環(huán)境的刺激,才能更好地進行代謝活動。乙醇作為一種綠色、環(huán)保、廉價的有機物,逐漸被用于微生物增產(chǎn)煤層氣的研究中。國內(nèi)外研究者通過添加乙醇來刺激微生物活性,發(fā)現(xiàn)可以增加甲烷產(chǎn)量,但是在產(chǎn)氣過程中,煤地質(zhì)相關(guān)微生物菌群的結(jié)構(gòu)與多樣性與乙醇之間的關(guān)系還尚不清楚。本研究以內(nèi)蒙古錫林浩特市神華勝利煤田的褐煤為研究對象,以山西寺河礦區(qū)121煤層氣井中的產(chǎn)出水樣富集馴化后的培養(yǎng)液為接種源,進行了為期90 d的異源異位產(chǎn)氣實驗。為了探索乙醇對產(chǎn)氣的影響,向厭氧瓶中添加了不同含量的乙醇(0.5%、1%、2%)。在產(chǎn)氣過程中,定期對厭氧瓶中頂空氣體進行氣體成分測定,對發(fā)酵前后的煤樣進行理化性質(zhì)分析,同時,根據(jù)高通量測序、PCR-DGGE、實時定量PCR等分子生態(tài)學方法分析產(chǎn)氣過程中微生物菌群的變化。產(chǎn)氣結(jié)果顯示,添加1%乙醇產(chǎn)氣效果最好,為44.86 mL/g。煤的理化性質(zhì)分析顯示,與原煤樣相比,經(jīng)氣體發(fā)酵后,煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,揮發(fā)分、固定碳增多,有新的基團產(chǎn)生,表明厭氧發(fā)酵對煤結(jié)構(gòu)有影響,但添加乙醇與否對煤結(jié)構(gòu)影響不大,乙醇的添加增加了煤的生物可利用度。微生物菌群結(jié)構(gòu)分析顯示,整個產(chǎn)氣過程中,主要參與的細菌菌群有變形桿菌屬(Proteus)、脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)、屠場桿狀菌屬(Macellibacteroides)、梭狀芽胞桿菌屬(Paraclostridium)、檸檬酸桿菌屬(Citrobacter),還有少量的腸球菌屬(Enterococcus)以及Tyzzerella;乙醇的添加對細菌菌群影響不大,但古菌菌群則明顯受乙醇的影響,不添加乙醇時,隨著發(fā)酵時間的延長,甲烷八疊球菌屬(Methanosarcina)逐漸增多,添加乙醇的實驗組中則是甲烷桿菌屬(Methanobacterium)明顯增加,可見乙醇的加入導(dǎo)致了本實驗中甲烷產(chǎn)氣類型的改變,由混合型和乙酸營養(yǎng)型的產(chǎn)氣類型改變?yōu)闅錉I養(yǎng)型的產(chǎn)氣類型。菌群數(shù)量分析顯示,在短期發(fā)酵時間內(nèi),不論是細菌還是古菌,菌群數(shù)量之間不存在明顯差異(P0.05),隨著發(fā)酵時間的延長,添加乙醇的實驗組與對照組菌群數(shù)量之間存在明顯的差異(P0.05)。綜上所述,本研究明確了乙醇可以通過刺激微生物增產(chǎn)煤層氣,并且其添加導(dǎo)致了甲烷產(chǎn)氣類型的改變,同時導(dǎo)致微生物的菌群數(shù)量明顯增加,并且,其作用的發(fā)揮還受發(fā)酵時間的影響。乙醇廉價無毒,可以投入到大規(guī)模的生產(chǎn)實踐中,利用乙醇增產(chǎn)煤層氣具有一定的可行性和經(jīng)濟效益,同時,為乙醇刺激微生物增產(chǎn)煤層氣的機理研究提供初步的依據(jù)。
【圖文】：

第一章 綜述第一章 綜述述種自生自儲的非常規(guī)天然氣，以甲烷為主要成分，還有多數(shù)煤層氣潛藏深度小于 600 米，也有許多煤層氣潛藏氣的鉆井成本比常規(guī)天然氣低的多[1]。其存在形式有三種游離于煤空隙中或溶解于煤層水中，其中以吸附在煤基的日益短缺，，煤層氣作為一種清潔可再生能源，逐漸得氣資源僅次于美國和俄羅斯，位居世界第三位，占世界土資源部報道，截至 2016 年底，我國探明的煤層氣[2]。我國有四大煤層氣聚集區(qū)，東北、華北、西北和華南

圖 1.3 研究的技術(shù)路線Fig.1.3 Technical route of the study參考文獻[1] Sharkey S. The EPA's Study on the Potential Impacts of Hydraulic Fracturing onDrinking Water Resources[J]. 2013.[2] 畢彩芹. 中國煤層氣資源量及分布[J]. 石油知識, 2018.[3] Scott A R. Improving Coal Gas Recovery with Microbially EnhancedCoalbed Methane[M]. Coalbed Methane: Scientific, Environmental and EconomicEvaluation. Springer Netherlands, 1999:89-110.[4] Hamilton S K, Golding S D, Baublys K A, et al. Stable isotopic and molecularcomposition of desorbed coal seam gases from the Walloon Subgroup, eastern Surat Basin,Australia. Int. J. Coal Geol, 2014, 122:21 36.[5] Kinnon E C, Golding S D, Boreham C J, et al. Stable isotope and water quality
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ920.6;TQ546;Q936

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6 張明;王潔;孫s釷

本文編號：2669792