CN103865782A - 一种煤层气微生物采集装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤层气微生物采样装置及其使用方法。采样装置包括采样头、流量计和真空集气瓶，该方法利用煤层气井自身气体压力所产生的推力和真空气体收集瓶的吸力来驱动煤层气通过采样头中的滤膜，从而使得煤层气中的微生物过滤到滤膜上，获得微生物样品。该方法有效避免了煤层气的爆炸危险，以及煤层气直接排放而导致温室效应的增强。

Description

一种煤层气微生物采集装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种煤层气微生物采集装置及其使用方法。
背景技术
煤层气（Coal Bed Methane，CBM）俗称瓦斯，作为一种新型清洁、经济的能源，备受世界关注。煤层气的开采对解决全球能源紧张、满足能源需求具有重大意义，同时也是煤矿安全开采和环境保护的客观要求，具有重大的经济、社会和环境意义。现存煤层气的生成主要有两种机制，即热成因和生物成因。生物成因煤层气在煤层气田普遍存在，是现存煤层气的一个重要组成部分。生物成因煤层气的生成是微生物降解煤产甲烷的过程，是在产甲烷菌及互养细菌的共同作用下，生物降解煤而产生。生物成因气的提出和发现为煤层气的增产、开发提供了一条新型途径，即微生物增产煤层气技术。这一技术不但存在产出新煤层气的资源潜力，同时微生物的降解作用可以增加煤层的渗透性，有利于煤层气的开采。生物成因煤层气相关微生物的研究能够增强微生物降解煤产甲烷机理的研究，推动微生物增产煤层气技术的发展，丰富深层地下煤炭环境中的微生物资源。
对微生物高效、全面的采样是微生物研究的前提。生物成因煤层气相关微生物主要生存于煤、地下水以及煤层气这三种介质中。其中，煤与产出水的微生物采集以及DNA提取已成熟。而煤层气中的微生物如何采集，还未见报道。煤层气的主要成分是甲烷。甲烷不仅具有爆炸性，而且是非常重要的温室气体。因而，煤层气中微生物的采集不能采用普通空气微生物采集方法。煤层气微生物的采集必须确保安全，而且不能随意排放。
发明内容
为了克服上述不足，本发明旨在提供一种安全、有效的煤层气微生物采集装置，本发明还提供了该装置的使用方法。
本发明是采用以下技术方案实现的：
    一种煤层气微生物采集装置，其特征在于：包括采样头，采样头通过采样导管与煤层气管连接，煤层气管端部设有压力表和煤层气放气阀门；采样头为圆柱体结构，采样头内设有多孔挡板，多孔挡板上设置有滤膜；采样头另一端通过导管连接流量计，流量计另一侧连接真空集气瓶，真空集气瓶入口处设有进气阀门。
进一步地，所述采样导管内径为5~10mm，其材质为硬质塑料、橡胶或不锈钢中的一种。
更进一步地，所述采样头内径为20~90mm，其材质为不锈钢或PVC中的一种；多孔挡板垂直设置在采样头内，挡板的直径与采样头内径相同，滤膜平铺在挡板上。
更进一步地，所述滤膜的直径与多孔挡板的直径相同，孔径为0.22μm或0.45μm，滤膜是无菌滤膜。所述滤膜的材质为醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚碳酸酯中的一种。
更进一步地，所述流量计为本质安全型转子流量计。
更进一步地，所述真空集气瓶为专用气体收集不锈钢瓶。
本发明提供的煤层气微生物采集方法，依次由以下步骤组成：
（1）将煤层气井的气体采样口与采样头的进气口通过采样导管相连；在采样头内放置滤膜，采样头内的滤膜用于过滤气体中的微生物；
（2）将采样头的出气口与流量计的进气口用导管相连，以控制煤层气流速；
（3）将流量计的出气口与真空集气瓶的进气口用导管相连；
（4）依次打开煤层气井的放气阀门和真空集气瓶的进气阀门，开始采样；
（5）利用流量计、煤层气井的放气阀、真空集气瓶的进气阀来控制气体流速，并计时以计算过滤气体的体积； 
（6）在获取到目标体积的气体后，依次关闭集气瓶的进气阀、煤层气井的放气阀，收集滤膜；
所述气体流速控制在1~50 L·min-1；
（7）过滤到滤膜上的微生物经提取DNA，利用克隆文库等分子生态学方法检测微生物多样性，以检验采样效果。
本发明的有益效果：
（1）本发明利用煤层气井自身气体压力所产生的推力和真空集气瓶的吸力来驱动煤层气通过采样头中的滤膜，从而使得煤层气中的微生物过滤到滤膜上，获得微生物样品；整个过程没有添加额外动力，有效避免了煤层气的爆炸危险；
（2）利用真空集气瓶收集过滤后的煤层气，以避免直接排放而导致温室效应的增强；
（3）本发明还可对收集到的气体进行气体组分等地球化学分析，不仅能满足实验需求的煤层气微生物样品，同时也获得了相关煤层气气体样品，以用于后续微生物及煤层气气体分析。
附图说明：
图1为本发明中涉及的采样装置示意图；
图2为图1中采样头的剖面示意图。
图中，1为采样头；2为导管；3为压力表；4为煤层气放气阀门；5为挡板；6为流量计；7为进气阀门；8为真空集气瓶；9为采样头密封盖；10为采样头底座；11为滤膜。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：煤层气微生物采集装置
图1、2所示，一种煤层气微生物采集装置，包括采样头1，采样头1通过导管2与煤层气管连接，煤层气管端部设有压力表3和煤层气放气阀门4；采样头1为圆柱体结构，采样头1内设有多孔挡板5，多孔挡板5上设置有滤膜11；采样头1另一端通过导管2连接流量计6，流量计6另一侧连接真空集气瓶8，真空集气瓶8入口处设有进气阀门7。
进一步地，所述导管2内径为10mm，其材质为橡胶。
更进一步地，所述采样头1内径为47mm；多孔挡板5垂直设置在采样头1内，挡板5的直径与采样头1内径相同。所述挡板5上放置的滤膜11的直径为47mm，孔径为0.22μm，滤膜是无菌的，滤膜材质为醋酸纤维素。
更进一步地，所述流量计6为本质安全型转子流量计。
更进一步地，所述真空集气瓶8为专用气体收集不锈钢瓶。
实施例2：煤层气微生物采集方法
（1）依次将煤层气井出口与采样头通过采样导管连接，将采样头、流量计、真空集气瓶用硬质塑料导管相连；
（2）在采样头内放置滤膜，采样头内的滤膜用于过滤气体中的微生物；
滤膜为无菌醋酸纤维素滤膜，孔径为0.22μm，直径为47mm，本实施例采用的是Whatman品牌滤膜；
（3）依次打开煤层气井的放气阀门和真空集气瓶的进气阀门，开始采样；
（4）利用流量计、煤层气井的放气阀、真空集气瓶的进气阀来控制气体流速，使其稳定在20L·min-1；
（5）5min后，依次关闭真空集气瓶的进气阀、煤层气井的放气阀，收集滤膜；
（6）重复步骤（2）~（5），两次，共获得3份煤层气微生物样品；
（7）利用FastDNA SPIN kit for soil (Bio101 Systems, Germany) DNA试剂盒提取滤膜上微生物总DNA，通过微量核酸蛋白质分析仪和琼脂糖凝胶电泳测定DNA浓度和纯度。通过16S rRNA基因文库技术检测煤层气中微生物群落多样性；
（8）实验结果显示，3个样品中均提取得到了较好质量的DNA，煤层气中含有丰富的细菌。
故通过本发明获得的煤层气微生物样品完全可以胜任后续的微生物学检测，本发明可作为煤层气微生物采集的首选方法。

Claims (9)

1.一种煤层气微生物采集装置，其特征在于：包括采样头，采样头通过采样导管与煤层气管连接，煤层气管端部设有压力表和煤层气放气阀门；采样头为圆柱体结构，采样头内设有多孔挡板，多孔挡板上设置有滤膜；采样头另一端通过导管连接流量计，流量计另一侧连接真空集气瓶，真空集气瓶入口处设有进气阀门。
2.根据权利要求1所述的煤层气微生物采集装置，其特征在于：所述采样导管内径为5~10mm，其材质为硬质塑料、橡胶或不锈钢中的一种。
3.根据权利要求1所述的煤层气微生物采集装置，其特征在于：所述采样头内径为20~90mm，其材质为不锈钢或PVC中的一种；多孔挡板垂直设置在采样头内，挡板的直径与采样头内径相同，滤膜平铺在挡板上。
4.根据权利要求1所述的煤层气微生物采集装置，其特征在于：所述滤膜的直径与多孔挡板的直径相同，孔径为0.22μm或0.45μm，滤膜是无菌滤膜。
5.根据权利要求1所述的煤层气微生物采集装置，其特征在于：所述滤膜的材质为醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚碳酸酯中的一种。
6.根据权利要求1所述的煤层气微生物采集装置，其特征在于：所述流量计为本质安全型转子流量计。
7.根据权利要求1所述的煤层气微生物采集装置，其特征在于：所述真空集气瓶为专用气体收集不锈钢瓶。
8.一种煤层气微生物采集方法，即权利要求1~7任一项所述的煤层气微生物采集装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将煤层气井的气体采样口与采样头的进气口通过采样导管相连；在采样头内放置滤膜，采样头内的滤膜用于过滤气体中的微生物；
（2）将采样头的出气口与流量计的进气口用导管相连，以控制煤层气流速；
（3）将流量计的出气口与真空集气瓶的进气口用导管相连；
（4）依次打开煤层气井的放气阀门和真空集气瓶的进气阀门，开始采样；
（5）利用流量计、煤层气井的放气阀、真空集气瓶的进气阀来控制气体流速，并计时以计算过滤气体的体积； 
（6）在获取到目标体积的气体后，依次关闭集气瓶的进气阀、煤层气井的放气阀，收集滤膜；
（7）过滤到滤膜上的微生物经提取DNA，利用克隆文库分子生态学方法检测微生物多样性，以检验采样效果。
9.根据权利要求8所述的煤层气微生物采集方法，其特征在于：所述步骤（6）中的气体流速控制在1~50 L·min-1。
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