雅致小克银汉霉与芽孢杆菌联合降解义马煤产腐植酸

微生物降解是煤炭清洁高效利用的重要方式之一,但真菌细菌联合培养对煤的降解效果尚无定论。以雅致小克银汉霉(Cunninghamella elegans)和芽孢杆菌(Bacillus sp.)为降解菌,以硝酸氧化的义马煤为底物进行了煤的联合降解实验。利用紫外-可见分光光度计、p H计、电感耦合等离子体质谱仪对降解液的吸光度A450、p H、金属元素(Cr、As、Mn、Pb、Co、Ni、Cu、Zn、Mo)质量浓度进行测定。利用元素分析仪、红外光谱仪、气质联用仪对产物腐植酸进行分析。研究结果显示雅致小克银汉霉(Cunninghamella elegans)、芽孢杆菌(Bacillus sp.)、混合菌的腐植酸产率分别为58.17%、61.00%、67.17%,混合菌降解液的pH与细菌接近,混合菌降解的腐植酸样品中检出细菌的特征性产物而真菌的特征性产物则未检出,说明两株菌联合强化了碱性环境,提高了硝酸氧化煤的降解率,降解过程中细菌起主导作用。金属元素(Cr、As、Mn、Pb、Co、Ni、Cu、Zn、Mo)在降解过程中从煤迁移到了降解液,其中Cr、As、Pb、Ni、Cu、Mo的质量浓度与A450拟合的判定系数(R2)大于0.6,说明降解液中这6种金属元素的质量浓度可表征降解率的相对大小。化学提取腐植酸与生物提取腐植酸均富含羧基、羟基、羰基等活性官能团、长链脂肪酸(C16、C18)和4种吡咯衍生物,生物提取腐植酸还含有分子量较小的脂肪酸(C3、C4、C5、C13、C14、C15)、2种吡咯衍生物和呋喃等含氮化合物,生物提取腐植酸的C、H元素质量分数高于化学提取腐植酸。

煤中重金属质量浓度的测定及潜在生态风险评价

采用硝酸/氢氟酸+硼酸两步微波消解法对山西4个矿区煤样进行样品前处理,利用ICP-MS法同时测定煤中9种重金属元素,对其中5种重金属元素污染状况及潜在生态风险进行评价。结果表明:各被测元素的质量浓度与对应的强度呈线性关系,相关系数均在0.9998以上,RSD为0.34%~6.59%,加标回收率大部分在80%~120%之间;单一重金属污染物潜在生态风险系数及多种重金属污染物综合潜在生态风险指数均属轻微生态风险级别;寺河煤矿、三元煤矿和襄垣煤矿的Cd潜在生态风险系数最大,污染水平最高,其次是As,而车寨煤矿的As污染水平高于Cd污染水平,可将Cd暂定为4个矿区的首要污染元素。

龙泉煤层气田产甲烷菌群富集的厌氧产气中试研究

为探讨龙泉煤层气田产甲烷菌群降解烟煤产甲烷的潜力,研究富集并驯化了龙泉煤层气田产甲烷菌群;以龙泉矿烟煤为母质,开展产甲烷菌群降解煤产气的实验室研究以及中试研究。结果表明,龙泉煤层产甲烷菌群经富集驯化后,降解烟煤产甲烷的浓度由8.2%上升至19.0%,且产气周期缩短。中试试验中,产甲烷浓度最高达27.06%,产甲烷速率达0.159 m L/(g·d);且在中试发酵产气的衰退期,向发酵罐内添加酵母粉、氮源、磷盐、镁盐、维生素、微量元素,可重新激活产甲烷菌群的活性,使其降解烟煤产甲烷的浓度回升。由此可见,富集驯化龙泉煤层产甲烷菌群可显著提高其降解烟煤产甲烷的能力;在发酵产气衰退期补加营养物质,可以活化产甲烷菌群,恢复其降解烟煤产甲烷的能力。

褐煤生物产气规律及其液相体系中阳离子变化特征

为研究褐煤生物产气规律及其液相体系中常见阳离子变化特征,以内蒙古胜利褐煤为产气底物,寺河矿区煤层气井排采水中微生物作为发酵菌群,利用5 L厌氧发酵罐进行模拟生物产气实验,采用离子色谱仪对发酵液中的NH4^+、K^+、Ca^2+、Mg^2+和Na^+5种阳离子浓度进行动态监测。结果表明:煤模拟生物产气周期为33 d,分为缓慢增长期、快速增长期和平缓期3个阶段,33 d单位质量煤净产甲烷量最高达23μmol/g;产气体系中NH4^+(741.5 mg/L)和K^+(994.5 mg/L)离子质量浓度变化最为明显,Ca^2+(26 mg/L)、Mg^2+(10.7 mg/L)和Na^+(72 mg/L)次之,表明发酵液中5种阳离子均参与了褐煤生物产气过程,且被不同程度地释放和利用;褐煤生物产气量与阳离子浓度有一定相关性,单位质量煤产气量与NH4^+和K^+浓度呈正相关,与Ca^2+、Mg^2+浓度呈负相关。此外,NH4^+和K^+以及Ca^2+和Mg^2+之间浓度呈显著正相关。由实验结果可知:褐煤生物产气液相体系中NH4^+、K^+、Ca^2+、Mg^2+和Na^+5种阳离子会随着煤中有机组分的厌氧降解而缓慢释放、再吸附,同时可被微生物利用参与细胞内的生物化学反应。

离子色谱法测定煤层水中钠、钾、镁、钙离子的方法研究

通过对实验室AQUION离子色谱仪测定钠、钾、镁、钙4种可溶性阳离子检出限、精密度和准确度的研究,验证离子色谱对煤层水中4种阳离子的测定方法。利用AQUION,对钠、钾、镁、钙离子的检出限(LOD)、精密度(RSD)和准确度(DOA)进行方法验证。最终检出限钠离子的质量浓度为0.04mg/L,钾离子的质量浓度为0.002mg/L,镁离子的质量浓度为0.001mg/L,钙离子的质量浓度为0.025mg/L;相对标准偏差在0.42%~4.31%之间;样品加标回收率在92.5%~114.9%之间;检出限、精密度和准确度结果均满足国标要求。

预处理前后褐煤与外源菌的产气特征分析

为提高褐煤的经济效益,以煤地质微生物产CH4为基础,采取实验室稳定菌源和褐煤中的本源菌,用厌氧培养的方法,分别对原煤和预处理后的煤样开展为期49 d的煤炭生物转化试验,分析成气过程中的产气规律,结果显示外源菌和本源菌混合所产生的CH4含量低于只用外源菌所产生的CH4含量;褐煤预处理前后产CH4气含量分别为30.84%、40.04%。预处理后的褐煤与外源产甲烷微生物菌群的结合可以有效提高CH4气体的含量。

外源菌降解褐煤产气特征研究

利用外源菌来增产煤层气是生物促产煤层气领域研究热点,以寺河煤层水富集培养菌群为外源菌,内蒙胜利、河南义马、云南昭通褐煤作为产气底物,分析3种褐煤的产气特征。对内蒙胜利褐煤产气组采用高通量测序,分析微生物菌群结构,判断可能的产气途径。研究结果表明:70 d的产气周期内,内蒙有2个产甲烷高峰,云南和义马均有1个产气高峰。最大产甲烷量分别为81.01、22、31.54 mL,产甲烷率分别为8.012、2.111、3.065 mL/g。产气周期内,氢气逐渐减少,二氧化碳与甲烷含量呈现负相关,产气途径偏向于H_(2)/CO_(2)还原途径。内蒙褐煤产气微生物群落结构中存在的W22,Citrobacter,Syntrophomonas,Desulfovibrio,Methanomicrobiales等菌群,也说明了产甲烷类型可能以H_(2)/CO_(2)还原途径为主。

不同物质对无烟煤生物转化的影响研究

以寺河矿区煤层水为菌源,西山矿区煤样为底物,在基础培养基中分别添加不同物质,考察不同产气阶段生物产气量及气体组分。结果显示:厌氧体系中二氧化碳浓度与甲烷浓度呈负相关性,表明体系中的菌群利用二氧化碳还原途径产甲烷;与只使用基础培养基的基础组相比,分别添加啤酒原液和土壤浸出液后,产甲烷量各提高了78%和5%;添加麦芽汁后总的生物产气量提高,但甲烷浓度有所降低,可能是由于发酵细菌的大量产生导致了厌氧体系的酸化,从而抑制了甲烷的产生;甘油的添加可能对整个厌氧体系中菌群活性起到抑制作用,导致其产气量和产甲烷浓度较空白组差别不大。

强氧化处理和微生物作用对煤样结构和成气的影响

采用X射线衍射(XRD)分析方法对微生物作用下的原煤和氧化处理后煤样进行分析,探讨氧化处理的煤样和原煤在微生物作用后结构的改变。结果表明,氧化处理后煤样在微生物的作用下,表现出更高的产甲烷优势;原煤经不同处理后的碳含量显著下降,氧和氮含量略有增加,最终为产甲烷菌利用,产生甲烷气体。

煤的生物厌氧降解产气模拟及现场工业试验

针对赵庄地区煤层气井地面抽采效果差的问题,煤与煤层气共采国家重点实验室在实验室模拟生物厌氧降解煤产气的基础上,在赵庄矿区开展煤层气井现场注入培养基工业试验,考察微生物降解煤增产煤层气的效果。结果表明:煤层水和煤的共富集产气量高于煤层水的富集产气量;发酵罐放大模拟培养时,产气量达5.5 m^(3)/d;现场注入培养基后,甲烷产量增长了8 m^(3)/d;Mg^(2+)、K^(+)、Cl^(-)、PO_(4)^(3-)等离子浓度先升后降,SO_(4)^(2-)离子浓度总体下降,可能是因为在井下流失或是被菌群生长利用。培养基的注入提高了菌群的丰富度,为产气提供了有力条件。同时为了解决培养基一次性注入排采存在的弊端,提出了培养基补加循环系统的设想。

一种煤层厌氧微生物分段连续培养和产物收集装置

本发明具体为一种煤层厌氧微生物分段连续培养和产物收集装置,通过厌氧培养液自动加注和培养条件分段控制,实现针对煤微生物分段培养、连续发酵及相关产物的收集。

寺河水样微生物代谢类型研究

在实验室条件下,通过对寺河地区煤层水中微生物古菌的高通量测序分析,发现水样中存在可以产气的产甲烷古菌,以水样作为研究对象,分别添加H2和CO2、乙酸钠、甲醇作为外源碳源,研究寺河地区煤层水中的产甲烷菌哪种途径产气效果最好。结果显示:沁水盆地煤层水中的产甲烷古菌通过3种代谢途径都可以产气,其中以甲基营养型产气最好,氢营养型次之,乙酸营养型产气效果较差。

培养基注入促进煤生物转化现场试验的可行性分析

国外在实验室和现场水平上已对不同地区的煤进行了提供煤层微生物营养,促进煤的生物转化试验。介于沁水盆地可能的生物成因,在赵庄矿区煤层气井开展现场注入培养基试验。注入几个月后,观察气量、水中离子、菌群结构、数量的变化。结果:培养基相关营养元素流失,气量增加,菌群数量增长,存在促进煤生物转化的相关菌群。