变温条件下颗粒煤吸附甲烷微生物降解能力实验

从煤矿回风巷土壤中分离出1株TypeⅠ型Methylomarinum属甲烷氧化菌,利用微生物降解颗粒煤吸附甲烷实验装置,研究了该菌在高瓦斯压力、低氧含量静态环境中甲烷降解率随降解时间增加的变化规律,以及环境温度变化对其甲烷降解效能的影响。实验结果表明:甲烷降解率随着降解时间的增加而增大,表现为前期快速增大而后缓慢增大,最终趋于一定值,并满足关系式y=ax2+bx+c;不同氧气浓度环境下由于甲烷氧化菌代谢机制的不同,甲烷降解率呈现较大差异;在温度15～40℃内,甲烷降解体积随着温度的升高先增大而后迅速减小,符合关系式y=ax3+bx2+cx+d。     

甲烷水合物生成过程温度场分布与生长速率关系实验研究

为研究瓦斯水合物生成过程的温度分布规律,利用可视化实验系统获取了2种体系甲烷水合物生成过程的温度分布。根据实验数据,结合水合物生长速率模型对2种实验体系的水合物生长速率进行了计算,分析了甲烷水合物生成过程温度场分布规律及其与生长速率的关系。结果表明,水合物生长速率越大,单位时间内甲烷水合物的生成量越多;生成的反应热越多,水合反应体系的温度场温度越高及温度的上升速率也越大。     

模拟原煤赋存环境下甲烷氧化菌降解煤吸附甲烷实验

针对如何清洁高效地治理煤矿瓦斯问题,自行研制了模拟原煤体赋存环境下微生物降解煤吸附甲烷实验系统。通过实验培养筛选出一种兼性厌氧型甲烷氧化菌,采用单因素变量法,共设计3个水平,实验考察了环境温度、菌液注入压力和体积对该甲烷氧化菌的降解效能的影响。实验结果表明:该厌氧型甲烷氧化菌种在最适温度30℃,菌液注入压力2 MPa、注入体积20 mL时,甲烷降解率最高可达到34.2%;在温度30℃、菌液注入体积20 mL时,甲烷降解率随着菌液注入压力增大而增大,甲烷降解率最高为45.6%;在温度30℃、菌液注入压力2 MPa时,甲烷降解率随着菌液注入体积的增加而增大,甲烷降解率最高为54.6%。     

模拟实体煤赋存环境下厌氧微生物降解煤吸附甲烷实验

厌氧型甲烷氧化菌是一类以甲烷作为唯一碳源和能源的微生物,在降解转化煤层吸附瓦斯等方面具有广阔的应用前景。自主设计了原煤体钻孔菌液注入系统、厌氧微生物降解原煤体吸附甲烷实验分析系统。实验结果表明:30℃为该菌种最适宜生长温度,甲烷最高降解率可达47.73%;在注液压力为0~22 MPa范围内,甲烷降解率随着注液压力的增大而增大,注液压力为22MPa时,原煤体被压裂,此时甲烷降解率急剧增大,平均降解率达到63.79%;甲烷降解率随着注入菌液体积的增加而增大,注入菌液为35 mL时甲烷的降解率约为55%。     

风流中低浓度甲烷微生物降解效能实验

为了解风流中低浓度甲烷的降解效果,培养了以甲烷为唯一碳源的好氧型耗甲烷微生物,并自主设计了模拟风流中低浓度甲烷降解实验系统,达到了调节风流中甲烷浓度、风速及菌液浓度的目的。通过实验发现,在保持恒定甲烷氧化菌液喷洒速度的前提下,喷洒菌液浓度越高,越有利于甲烷的降解;在保持风流中甲烷浓度相同的条件下,在风速(300~500 m L/min)范围内,风速越大越不利于甲烷的降解,并且有效降解持续时间也随之下降;在保持相同风速、甲烷浓度的前提下,发现在风流中甲烷浓度(10%~30%)范围内,甲烷浓度越高氧化效果越明显。     

THF对甲烷水合过程温度场影响的实验研究

为研究瓦斯水合物生成与分解过程的温度分布及热量传递规律,利用可视化实验系统研究了两种体系甲烷水合物生成过程反应热和水合过程的温度分布。根据实验数据,结合反应热计算方程,计算两种实验体系的反应热,研究促进剂四氢呋喃(THF)的添加对甲烷水合反应体系温度场的影响。结果表明,THF的添加,导致甲烷水合物的生成量增多,对应的反应热增多,提高了水合反应体系的温度以及温度的上升速率。     

瘦煤制取生物甲烷过程模拟实验研究

在实验室条件下模拟煤层生物甲烷生成过程。采用红外光谱法、气相色谱法及X-射线衍射法对实验结果进行处理分析。结果显示：（1）在反应过程中,煤微晶层片直径La、层片堆砌高度Lc、层片间距d002和层片数Nc均有所降低;氢键力逐渐减弱,有氧官能团含量发生不同程度的减少。（2）反应过程中产出了乙醇、乙酸和丁酸3种有机物,并随着反应进行逐渐被消耗。（3）反应液pH值呈现先下降后上升的趋势,最终维持在8.4左右至反应结束。由此可得,CO2还原是生物甲烷生成的主要途径,乙酸发酵在前期对生物甲烷的生成贡献较小。     

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。     

甲烷氧化菌降解煤吸附瓦斯条件的优化

利用正交试验探究甲烷氧化菌降解煤吸附瓦斯的影响因素并优化其条件。试验结果表明:在试验范围内,氧气与甲烷体积比为最大的影响因素,其次为菌液量、p H值和时间,最优组合为氧气与甲烷体积比为1∶1、p H值为7、时间为5 d、菌液量为15 m L;甲烷降解率最高为35.47%。     

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.