煤层中产甲烷微生物的培养及产气

【摘要】：随着全球能源危机的加剧，煤层气的开采技术和类型发生着重要的转变，特别是成功开发美国以及澳大利亚的低煤级生物煤层气之后，人们开始关注生物煤层气的巨大商业价值，而次生生物煤层气是煤层气的一个重要类型。了解次生生物煤层气的形成机理对评估气藏的经济价值、提高甲烷的产量和改进开采技术都具有重要意义。 本文介绍了国内外次生生物煤层气的研究现状及最新研究进展。实验根据煤层中可能存在的厌氧微生物种类，添加相应的专一性抑制剂，来探讨微生物利用煤中有机质产气的特征和机理，这是深入了解次生生物煤层气的形成过程以及改进生物煤层气开采技术的重要基础。本实验煤样和水样均来自安徽淮南新庄孜煤矿。 研究发现，不同反应器中pH值随着时间的推移呈现一个下降的趋势，最后趋向于稳定大约在7.0左右，这是产甲烷菌生存的较好环境。添加氢氧化钠吸收液的反应器和产氢产乙酸菌抑制剂的反应器的甲烷累积浓度明显比对照组的甲烷累积浓度低，对照组最终甲烷累积体积分数1.83%，其他2组分别是1.41%和1.32%。这说明实验中同时存在两种途径：乙酸途径和CO_2/H_2途径。同时发现，氢氧化钠组比产氢产乙酸组的累积浓度稍高，乙酸途径是主要产气途径。同一反应器中甲烷的浓度和CO_2浓度之间的关系不明确，这是因为反应器中同时存在二氧化碳的产生和消耗。反应器中TOC的浓度变化情况也能说明体系中既存在煤中有机质向水溶液中的转移，也有水溶液中的有机质向气体中的转移，前期TOC上升，后期降低，最后，体系中TOC达到一个平衡。溶液中的碱度与TOC变化趋势相同。 实验针对体系中硫酸盐还原菌对产甲烷菌的抑制作用研究，设置了硫化亚铁组和足量乙酸钠组，实验数据显示：乙酸钠组甲烷的累积浓度最高，达到1.96%；硫化亚铁组最低1.22%，但是甲烷的累积浓度增长速率最高，至第八周，其他实验组的甲烷趋于恒定，但是硫化亚铁组的甲烷累积浓度仍处于增长趋势。推测后期硫化亚铁组的甲烷浓度会超过乙酸钠组。足量乙酸钠组的甲烷累积浓度略高于对照组（对照组1.85%）。综上所述，硫酸盐还原菌对产甲烷菌主要是产物抑制作用，同时也存在底物竞争，具体的产物抑制和底物竞争机制还需要进一步研究。 【关键词】：煤层次生生物气 形成途径 产甲烷菌 硫酸盐还原菌 抑制作用
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE37;P618.11
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致谢8-10
• 插图清单10-11
• 表格清单11-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究的意义及依据12-13
• 1.2 国内外研究现状13-22
• 1.2.1 生物煤层气的成因13-15
• 1.2.2 煤层气判别标准15-17
• 1.2.3 煤层气的形成机理17-19
• 1.2.4 生物煤层气的实验室研究现状及进展19-22
• 1.3 研究方案22-23
• 1.4 课题的研究技术路线及论文工作量23-24
• 第二章 淮南煤层地质-地球化学背景24-28
• 2.1 煤田地质背景24-25
• 2.2 煤岩煤质特征25-27
• 2.3 小结27-28
• 第三章 实验方法28-37
• 3.1 实验仪器与材料28-29
• 3.1.1 实验仪器28
• 3.1.2 试验用材料及药品28-29
• 3.1.3 反应器制备过程及注意事项29
• 3.2 实验的设计29-30
• 3.3 气相和液相参数的测试30-37
• 3.3.1 甲烷和 CO_230-31
• 3.3.2 TOC（过 0.45μm 水系滤膜）31
• 3.3.3 总氮和总磷31-32
• 3.3.4 离子32-35
• 3.3.5 碱度（CO_3~(2-)/HCO_3~-）35-36
• 3.3.6 六位参数仪测定 pH、TDS、Cond、ORP、温度36-37
• 第四章 淮南煤样次生生物气主要产气途径的判别37-44
• 4.1 抑制剂对产甲烷的影响37-38
• 4.2 不同反应器内 pH 值的变化情况38-39
• 4.3 不同反应器内气体体积分数的变化情况39
• 4.4 同一反应器内甲烷和二氧化碳体积分数的变化情况39-41
• 4.5 不同反应器内碱度和 TOC 值的变化情况41-42
• 4.6 本章小结42-44
• 第五章 硫酸盐还原菌对产甲烷菌抑制作用研究44-51
• 5.1 pH 值的变化情况44-45
• 5.2 气体的累积体积分数变化45-47
• 5.3 碱度和总溶解有机碳的变化47-48
• 5.4 离子变化48-49
• 5.5 小结49-51
• 第六章 结论及展望51-53
• 6.1 结论51-52
• 6.2 展望52-53
• 参考文献53-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59-61

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