风化煤与褐煤转化生物甲烷的差异性分析

为查明风化煤与褐煤生物甲烷生成量差别的内在原因,分别选取风化煤和褐煤,以富集驯化的菌液为菌种来源,通过生物产气模拟,红外光谱、X射线光电子能谱、16srRNA测试、扫描电镜测试来分析风化煤与褐煤生物产气量差异性的内在机制。结果表明：褐煤的生物产气潜力（7.63 mL/g）大于风化煤（3.24 mL/g）;褐煤相比于风化煤,在产气过程中各类基团脱落明显,芳香类物质更多的被转化为小分子量的其它物质,同时酚碳或醚碳（C—O）氧化更加明显,有利于形成更多的小分子有机酸类物质;褐煤相较于风化煤在生物产气过程中表面侵蚀较严重,出现了较多的孔裂隙,使得有机质能够从这些孔隙中析出,有利于微生物进一步利用产气;褐煤中细菌和古菌多样性低于风化煤,但主要功能菌群占比较大,细菌中Macellibacteroides属和Lysinibacillus属占比达68.05%,古菌中Methanosarcina属和Methanobacterium属占比达89.99%,远大于风化煤,对煤中有机质的降解利用起到积极作用,能为后续产甲烷菌提供原料,因此褐煤更有利于被微生物利用产生物甲烷;风化煤的甲烷代谢类型为甲基类营养性区别...     

复配高效菌群厌氧降解煤产甲烷实验研究

高效功能菌群是微生物增产煤层气技术的重要影响因素。通过复配降解芳香化合物的功能真菌菌群与降解煤产甲烷的真菌—产甲烷菌群，提高甲烷产量；分析菌群结构、中间产物和煤结构的演替规律，研究复配菌群降解褐煤产甲烷机理。研究结果表明：复配菌群能够厌氧降解褐煤，煤的甲烷产量为172μmol/g,是未复配的1.74倍，芳烃降解菌Cladosporium在第7天成为优势真菌属；具有较强环境适应性的Aspergillus、Penicillium等成为产气结束后的优势真菌，在第7天发酵液中检测到丰富的代谢中间产物脂肪酸和芳香酸，其占比在产气末期均下降50%以上；煤中芳香碳在降解后下降了12.27%,降解效果显著。研究结果为改善产甲烷菌群的煤降解能力，增强产甲烷效能提供了一种有效方法。     

4种细菌降解内蒙古赤峰褐煤的实验研究

利用金雀儿根瘤苍白杆菌、食萘新鞘氨醇菌、粪产碱杆菌和荧光假单胞菌4种细菌对内蒙古赤峰褐煤进行降解实验,通过正交试验得到了上述4种细菌在最优工艺条件下的降解率分别为93.5%、91.8%、90.3%和85.0%。红外光谱分析表明,残煤中N=O、C=O官能团减少,说明细菌可将含N=O、C=O官能团片段降解下来。紫外光谱显示降解后的液体产物中存在含不饱和键的化合物。热重结果显示,细菌降解了煤中结构较松散的部分,煤样的热稳定性提高。     

煤炭行业发展历程及展望

高效功能菌群是微生物增产煤层气技术的重要影响因素。通过复配降解芳香化合物的功能真菌菌群与降解煤产甲烷的真菌—产甲烷菌群,提高甲烷产量;分析菌群结构、中间产物和煤结构的演替规律,研究复配菌群降解褐煤产甲烷机理。研究结果表明：复配菌群能够厌氧降解褐煤,煤的甲烷产量为172 μmol/g,是未复配的1.74倍,芳烃降解菌Cladosporium在第7天成为优势真菌属;具有较强环境适应性的Aspergillus、Penicillium等成为产气结束后的优势真菌,在第7天发酵液中检测到丰富的代谢中间产物脂肪酸和芳香酸,其占比在产气末期均下降50%以上; 煤中芳香碳在降解后下降了12.27%,降解效果显著。研究结果为改善产甲烷菌群的煤降解能力,增强产甲烷效能提供了一种有效方法。

     

郭家沟富油煤细菌降解产腐殖酸研究

通过单因素实验和正交实验，分别得到荧光假单胞菌和蜡样芽孢杆菌降解郭家沟富油煤提取腐殖酸的最优工艺条件，将最优工艺条件下得到的2种生物腐殖酸与碱性萃取剂法得到的化学腐殖酸利用元素分析、UV-vis、FTIR、XRD及有机质元素检测法进行了对比。研究发现，荧光假单胞菌和蜡样芽孢杆菌在煤浆浓度为0.5 g/50 mL、提取时间14 d时，对煤样腐殖酸的最高提取率分别为32.87%和38.23%;而碱提取法对煤样腐殖酸最高提取率为42.70%。元素分析表明，2种生物腐殖酸与化学腐殖酸相比，H、N及S含量较高，O、C含量较低；UV-vis、FTIR表明2种生物腐殖酸与化学腐殖酸相比分子量较小，芳香度较低；XRD表明2种生物腐殖酸与化学腐殖酸相比芳香层片间距较大，碳层数较少；营养元素分析表明2种生物腐殖酸与化学腐殖酸相比，N、P、K、Ca、Mg的含量远远大于化学腐殖酸。虽然生物腐殖酸的提取率比化学腐殖酸低，但微生物提取具有反应条件温和、清洁无污染、有机质元素含量高等优点。     

不同组合菌种预处理对褐煤制生物甲烷的影响

为查明不同组合菌种预处理对褐煤转化生物甲烷的影响,选用白腐菌、假单胞菌和绿孢链霉菌两两组合对褐煤进行生物预处理和生物产气实验。通过生物产气检测、Gompertz方程模拟方法探讨不同组合菌种预处理对褐煤生物产气的影响。结果表明：褐煤经过菌种预处理后,生物产气量有明显的增加,最大增幅可达127%|而不同菌种两两组合按照不同顺序进行预处理后,褐煤的产气效果各不相同|通过改进的Gompertz方程进行产气拟合可知,煤样经不同组合菌种预处理后,具有更大的最大甲烷产率和累计产气潜力。研究结果为促进褐煤生物甲烷化提供了新方法。     

微生物增产煤层气菌种的驯化

采用厌氧培养方法,从厌氧污泥样品中富集出了产甲烷菌群,仅以煤为碳源对其进行驯化,得到了可以利用煤产甲烷的厌氧菌群。研究了该菌种利用煤产气的规律及常规碳源对菌种产气的影响。结果揭示：驯化后菌种对煤的利用能力显著提高,适应期由15 d缩短到6 d;产气量也显著增加。菌种产气具有规律性,产气周期共28 d,可分为3个阶段：适应期、产气期和稳定期。100 mL底物质量浓度为20 g/L的培养液总产气量达到182 mL,气体中的甲烷浓度约为16%。单日产气量呈先增加后减少的趋势,其中15~17 d的产气量最大,达到20 mL/d。菌种可以利用乙酸钠和甲醇产气,乙酸钠对菌种利用煤产气的增加效果更显著。     

除油细菌对石油污染土壤中石油烃降解能力的比较

从辽河油田石油污染的土壤中分离４种主要微生物：微球菌、黄杆菌、假单胞菌和无色杆菌。其中黄杆菌对石油烃的降解能力明显高于其它菌种;单菌种与混合菌相比,混合菌的除油效果更好。     

球红假单胞菌降解转化次烟煤的实验研究

针对球红假单胞菌 (Rhodopseudomonas spheroides) 对煤炭的降解转化作用,通过对该菌种及其原生质体进行原生质体紫外诱变选育,获得了高效的煤炭生物降解转化菌株。在pH=7.2、温度28 ℃、转速150 r/min 的条件下进行紫外诱变球红假单胞菌及其原生质体再生菌的培养和煤炭生物降解转化试验;采用XRD,FTIR和MS对次烟煤及其降解转化产物进行测试分析。结果表明：球红假单胞菌及其原生质体紫外诱变选育效果显著,且紫外诱变菌及紫外诱变原生质体再生菌遗传性状稳定。在紫外辐射时间为40 s和150 s时,球红假单胞菌及其原生质体的致死率分别达到为95.5%和98.1%,其紫外诱变菌及原生质体的诱变再生菌株其对淮南次烟煤的最大降解率从10.41%分别提高到14%和18%。测试分析显示降解转化产物的芳香聚合度和分子量有很大程度降低,官能团含量发生了变化,芳香类高聚物降解为低分子量类物质及其他类物质。     

外源菌群煤生物气化初步研究:菌群结构、煤种及煤孔(裂)隙

以河南义马煤矿、山西山阴煤矿和双柳煤矿不同煤阶煤为研究对象,利用沼液经逐步驯化得到的外源产甲烷菌群为菌源,在千克级的水平上进行了煤生物气化模拟实验。采用16S rDNA测序对驯化得到的菌源进行初步确定,并研究了驯化菌源对不同煤种的气化效果,采用扫描电镜初步研究了驯化微生物形态与煤孔(裂)隙的可能作用。结果表明,不同煤样外源菌群煤生物气化均存在产气周期,可分为快速、缓慢和抑制3个阶段,而不同煤种气化阶段存在明显差异。16S rDNA测序结果显示,甲烷丝状菌属(Methanothrix)占0.02%,而典型的和煤的骨架芳香结构降解相关的微生物类群占约8%,表明降解步骤是煤生物气化的速控步骤。扫描电镜观察发现,驯化后的菌群以球状和杆状为主,部分微生物进入煤的孔裂隙。当以块状煤为底物长期驯化菌源时,菌群的产气效率明显降低。     

焦化废水污泥中苯系物降解优势混合菌群筛选驯化

前期实验中,纯菌种挂膜生物滴滤反应器去除甲苯长期运行过程中,电镜扫描照片可以看出填料表面及断面除原始挂膜菌种外,同时存在丝状菌、芽孢杆菌等。通过取焦化厂废水处理活性污泥作为菌源,按常规方法对细菌进行筛选、分离;以甲苯浓度为控制指标,研究优势混合菌群对苯系物的联合降解效果。     

褐煤酸碱预处理-微生物气化联产H2-CH4的实验研究

为探讨酸、碱处理煤的发酵联产生物气生成特征,对新疆伊宁矿区褐煤进行酸、碱预处理,以焦作古汉山矿井水为菌源进行发酵联产H2-CH4实验。对联产后的产气量、气体组分、HPE活性、COD质量浓度进行测定分析,对产气后煤样进行XRD和红外测试。结果发现：① 碱处理煤的产氢效果最佳,产气总量为20.25 mL/g,酸处理煤次之为17.05 mL/g,而原煤的产氢效果最差为14.4 mL/g;② HPE活性测定规律基本与之对应,碱处理煤产氢后菌体的氢化酶活性最优为4.35 mL/(mg·min);③ 酸处理煤的联产甲烷效果最好,产气总量为23.35 mL/g,而原煤和碱处理煤的联产甲烷效果基本一致;④ 联产中液相COD质量浓度均呈下降状态;⑤ 经预处理煤样的有机质降解率高,大分子结构更易被降解。实验结果得出了预处理煤联产生物气的生成特征,证实了联产H2-CH4有利于煤的资源化利用,明显提升了能源转化率。     

内蒙胜利褐煤生物产气前后微生物群落变化

为研究微生物群落在褐煤生物产气过程中的作用以及产气前后煤样性质的变化。以内蒙古胜利褐煤为产气底物,寺河矿区煤层气井排出水中富集产气微生物为出发菌群,在实验室开展褐煤生物产气实验,采用Illumina高通量测序平台分析产气前后微生物群落变化,并利用气相色谱、扫描电子显微镜等手段对褐煤产甲烷量和产气前后煤样物化性质及其煤表面的菌体形貌进行分析。结果表明,内蒙胜利褐煤可以被所富集得到的菌群利用并产生甲烷,产气周期为49 d,期间累计产甲烷量为83. 1 mL,净产甲烷率为7.84 mL/g煤。褐煤生物产气微生物样本中细菌群落多样性丰富,主要优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE1、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)和少量的脱铁杆菌门(Deferribacteres)。原始微生物群落结构多样性较高,经褐煤和基本培养基培养产气后,群落多样性降低。在微生物属水平上菌群结构变化较大,其中W22,Proteiniclasticum,VadinCA02,Tissierella_soehngenia,Clostridium, Dasulfovibrio等菌属在产气过程中发挥重要功能。内蒙胜利褐煤挥发分较高,富氢、富氧,煤表面结构松散有明显裂隙,有利于微生物附着降解,适宜进行生物产气试验。褐煤经微生物作用产气后,水分、灰分、挥发分均降低,固定碳百分比升高,H/C升高,S元素比例下降,利用扫描电镜观察到产气体系中煤表面附着大量短杆状和球状微生物,并存在类似微生物纳米导线的结构。     

Fe2+、Ni2+及络合物对煤制生物甲烷的影响及动力学研究

厌氧发酵产甲烷过程及结果与微量元素及络合物的存在密切相关,为了研究Fe~(2+)、Ni~(2+)及络合物对煤制生物甲烷生成的影响以及产气过程中参数的变化,采用对比和放大试验的方法,以义马煤矿低煤阶煤为研究对象,矿井水作为菌种源,设置4种不同的方案,分别记录其产气数据和COD,并利用改进的Gompertz模型对各试验方案的产甲烷及降解过程进行模拟。试验结果表明:对比试验中加有15 mg/L的Fe~(2+)和0.005 mg/L的Ni~(2+)对生物产甲烷具有促进作用,有利于提高煤生物制甲烷的产量以及对有机质的降解,在上述试验基础上再加入5 mg/L的EDTA可以更好地促进产气,并使底物降解率更高,而放大试验的产气效果和底物降解率均要优于小样试验;改进的Gompertz模型对各试验方案的产甲烷及降解过程模拟结果得出,在加有Fe~(2+)、Ni~(2+)和EDTA的小样试验中,其产甲烷潜势(24.344 59 mL/g)、最大比产甲烷率(0.765 24 mL/(g·d))、底物降解率(4 535 mg/L)及最大底物降解速率(197.8 mg/(L·d))等参数都是最优的,且放大试验的以上参数均要优于小样试验。对各试验方案建立了相应的动力学方程,用数理统计方法对其进行检验,得出所建立的回归方程是可靠且高度显著的。该试验及其动力学研究有助于了解微量元素及络合物对煤制生物甲烷的影响,并有助于对产气过程中的各参数变化有进一步的认识,为煤制生物甲烷工程化提供一定的试验基础。     

球红假单胞菌诱变育种及用于煤炭降解转化试验研究

通过诱变育种改造,经选择的球红假单胞菌获得几株新突变菌株,再将之与未进行诱变的自然菌种进行煤炭降解转化试验研究,结果表明,球红假单胞菌经过诱变育种改造后其降解转化煤炭的能力大大优于自然菌,降解转化率要高十几个百分点.     

以风化煤为底物制取生物甲烷的潜力分析

我国拥有丰富的风化煤储量,因其高度被氧化的独特性质,可应用的领域极为有限,目前主要被作为改善土壤性质的肥料和制取腐殖酸的来源。以风化煤为底物制取生物甲烷是一种具有探索性的全新生物发酵工艺,探究其可行性及模拟实验过程中风化煤的物性特征变化有利于拓宽风化煤的资源利用和环境改善,并可以进一步丰富煤生物产气理论。实验选取内蒙古乌海和山西晋城两地不同风化程度煤样,以煤层矿井水为菌种来源,在适宜环境条件下开展模拟产气实验,通过生物产气模拟和红外光谱测试,分析不同风化程度煤的生物产气能力及其内在因素,以揭示其产气潜力及物性变化特征。结果表明:①随着煤的风化程度加深,可燃基CH 4产气量明显增加,两组煤样中可燃基CH 4生成量最高分别达到7.13,4.20 mL/g;②不同风化程度的煤样均出现了产气高峰,时间基本都出现在15~30 d,各组中随着煤样风化程度不断加深,产气高峰出现时间也越来越早;③随着煤的风化程度加深,煤中芳环被不断打开,大分子结构被破坏,同时煤中羟基、氨基等基团含量趋于降低,脂碳结构逐渐解体,含氧官能团成为主要结构,氧含量比例不断增高,更容易被微生物降解;④菌群鉴定表明风化煤不仅含有大量产生生物气所需的第1阶段和第2阶段细菌,更含有甲烷杆菌属、甲烷球菌属等多种类型的产甲烷菌群,具有把风化煤转化为生物甲烷的环境条件。实验结果最终反映了风化煤具有转化为生物甲烷的潜力,并有利于提高我国风化煤的资源利用率。     

不同预处理方式和模拟产气实验对煤结构的影响

采用傅里叶红外（FTIR）及X-射线衍射（XRD）对反应前后煤体的结构进行检测,结果表明：原煤样经酸氧化、白腐真菌降解以及随后的模拟产气实验后,芳香环逐步被打开,芳香层片间距增大,芳香层数减少,碳碳键断裂处引入了羟基等官能团;煤样的大分子结构被降解,芳香结合程度降低。这表明所选取菌群可以有效降解低变质程度煤。     

煤发酵产气的批式放大实验

采用批式发酵工艺,探讨煤在发酵罐中的产气过程,同时对煤样进行分析。实验结果表明:发酵罐试验以温度33℃、p H中性偏微酸环境最有利于产气;5 L发酵罐实验中,气体总产出量为35.22 L,甲烷产出量14.47 L;p H变化微弱,挥发性脂肪酸含量先增后减再增最后趋于平稳;煤粉前后分析质量减少975 g,消耗率27.3%,孔隙度、渗透率增高,煤中的官能团松散,芳香碳层面、键距增加,促进了气体的解吸。     

多手段表征富油煤微生物厌氧发酵孔隙结构变化特征及机制

煤层气生物工程技术是实现富油煤绿色、低碳开发的有效手段之一。为探究微生物厌氧发酵作用下富油煤孔隙结构演化特征，以鄂尔多斯盆地南部黄陵矿区富油煤为研究对象，在实验室条件下开展微生物厌氧发酵(降解)富油煤生烃模拟实验，采用场发射扫描电镜、3D形貌仪、CT扫描、孔隙度/渗透率测试等手段，对微生物降解前后的富油煤表面形貌、粗糙度和内部孔隙进行表征，并探讨微生物降解作用下富油煤的孔渗结构演化规律及生烃机制。结果表明：不同规格大小的煤样甲烷生成潜力与煤的质量(或接触面积)呈正相关关系；微生物降解作用具有显著的扩孔、增孔、增容、造缝等效果，以及降低煤体表面粗糙度，使其变得平滑，有利于煤层气的解吸和运移；微生物还可沿着节理、裂隙系统进入富油煤内部，改造煤体孔隙结构及其连通性；同时微生物降解作用还可提高富油煤的孔隙度和渗透率，为煤层气的渗流和运移提供了良好的通道。微生物主要作用于富油煤中脂肪族上的支链，打破小分子间连接较弱的氢键，降低脂肪族的分支程度和煤结构的交联度，进而生成甲烷。微生物作用还可改变富油煤芳香度和芳香环的缩合程度，进而改变富油煤大分子结构与孔隙结构。微生物厌氧发酵富油煤与非富油煤的生烃机...     

微生物降解煤矿瓦斯的研究

通过对在含吸附瓦斯煤样中加入微生物降解瓦斯的试验，研究了微生物降解煤矿瓦斯的降解规律和甲烷氧化菌在煤样中的生长规律，在煤样中加入甲烷氧化菌M3011，GYJ3的混合菌种后，对CH₄和CO₂浓度变化进行监测.结果表明：试验煤样中瓦斯的平均降解率为44％，最大达52％，且试验煤样中CO₂浓度的上升进一步证实了煤样中的瓦斯浓度降低正是甲烷氧化菌的氧化作用所引起的.