CN110129378B - 一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，培育的菌群适用范围广，且产油废物循环利用，更加的环保和节约成本。一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，采用石油开采过程中的产生的废渣油泥沙作为微生强化产气的外源菌群及外源营养物质注入煤层，强化产气。

Description

一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法
技术领域
本发明涉及煤层微生物强化产气技术，具体涉及一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法。
背景技术
煤层微生物强化产气，是一种引入外源厌氧产甲烷菌群或外源营养物质的方式促进煤层自然产气过程的技术；该技术希望通过引入全套厌氧发酵菌群(水解细菌、发酵细菌、互营菌及产甲烷古菌)，在外源营养物质刺激下，能够进一步降解煤炭产生甲烷，从而增加煤层气产量。
微生物强化产甲烷技术虽在个别煤层取得很好的产气效果，但很难大规模推广；首先，外源营养物质的成本高昂，而往往促进煤层产甲烷效率较低，收益很难抵消成本；然后，外源菌群很难适应以碳氢化合物为主的寡营养型的煤层，导致引入的外源菌群很难成为煤层优势菌群。那么，若一种菌群是在碳氢化合物为营养物质的培养体系中培养生长而成，其必然更容易适应煤层环境，这也就是利用煤层本源微生物促进产气的机理。比如中国专利文件CN201610710769.1就公开了一种利用煤层本源菌提高生物煤层气产量的方法，其是采集目标煤层的煤样与水样，来进行产甲烷菌群的富集培养与发酵。由于必须采用本源微生物，那么不同区域的煤层就需要采集不同的目标煤层的煤样水样，以保证培养出本源菌群。从上述内容，我们可知，本源菌群适用范围不广，需要采集大量数据，耗费人力时间。
进一步的，油泥砂，是石油勘探开发过程中散落到环境中的原油与泥浆混合到一起产生的油泥油污，其主要呈现油、泥、砂、水多相混合的状态。由于油泥砂富含烃类等有毒有害物质，若未能及时处理，就会造成土壤毒化、盐碱化，甚至通过地下水进入食物链系统，直接危害人类。目前国内外对油泥砂的处理通常有化学氧化、填埋、热水清洗、干燥焚烧、混凝、集中堆放、生物处理等方法。但是现有的方法具有除油效率低、处理不及时以及回收成本较高等特点，甚至还会因为油泥砂分离不彻底，对周围环境造成二次污染。
而油泥沙与煤炭主要组分类似，都是碳氢化合物为主体复杂的混合物，将油泥沙作为外源菌群来源及培养外源菌群的营养物质是十分有意义的，因为这种方法即能够减轻污染，又能够培养更适合煤层环境的外源菌群，而现在市面上，还暂时没有相关的研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，将采油废物油泥沙再次循环利用，用以培育的引入煤层的外源菌群，更加的环保和节约成本。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，为采用石油开采过程中的产生的废渣油泥沙作为微生强化产气的外源菌群及外源营养物质，其主要是指将煤炭作为油泥沙底物对废渣油泥沙中菌群进行驯化，使得其适合煤层环境后，与油泥沙注入煤层，强化煤层产甲烷效率。
上述驯化油泥沙中菌群包括以下过程：
S1：将油泥沙与煤粉按照质量比1:1～10混合放入厌氧培养体系，用纯氮气对整个厌氧体系进行置换，保证驯化体系无氧；；
S2：将煮至无色的无机盐培养基冷却到室温，注入厌氧驯化体系，同时将油泥沙、煤粉及无机盐培养基混匀，放入25～65℃的培养箱；无机盐培养基中添加氧化还原电位的指示剂(刃天青)，煮至无色，则表示培养基中无氧，处于一个相对比较低的氧化还原电位。无机盐培养基的加入只要保证能够提供足够的营养物质即可。当然无机盐培养基不仅作为营养物质，同时和油泥沙作为富集培养体系，在这样的液体环境下，微生物生长相对较好。
S3:将驯化完成后的混合菌液与原始油泥沙混匀后注入煤层，整个混合注入过程尽量避免接触空气，保证厌氧菌群的活性。完成驯化的标准是煤粉产甲烷量达3-5μmol/g，驯化菌液浓度达106-107个/ml。
在驯化过程用气相色谱检测甲烷产量，产甲烷达稳定期时，仍然达不到上述标准，则补加与初始状态质量相同的煤粉，继续驯化。
作为一种优选技术方案，无机盐包括以下组分：NaCl0.5～1g/L，MgCl2·6H2O0.5～1g/L，CaCl2·2H2O0.1～0.5g/L，NH4Cl0.3～1.2g/L，KCl0.5～1.5g/L，KH2PO40.2～1.4g/L。
作为一种优选技术方案，在步骤S1中，煤粉的粒径为0.1～10mm。此粒径使得微生物与煤炭的接触面积较大、煤炭中可溶物质的溶出效率较高，从而使得产甲烷的效率较高。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
原油与煤炭主要组分类似，都是碳氢化合物为主体复杂的混合物，即油泥沙中厌氧产甲烷菌群相对其他的外源菌群，可以更好的适应寡营养的煤层环境；然后利用煤粉对油泥沙中的外源菌群进行驯化，使原来适应以油泥沙为碳源与能源的微生物群落适应以煤炭为碳源和能源。当以油泥沙的形式作为接种物时，油泥沙同时接入煤层，微生物群落可短时间内利用其原本的营养来源(油泥沙)，快速生长，从而成为寡营养型的煤层的优势菌群；油泥沙作为石油开采过程中产生的废渣，作为一种环境污染物，不存在成本问题,同时回收再次利用油泥沙，对环境保护有益。
具体实施方式
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
驯化外源菌群
S1：将油泥沙和煤粉(1～10mm)按照质量比1:10混合放入厌氧培养体系，混合放入厌氧培养体系，用纯氮气对整个厌氧体系进行置换，保证驯化体系无氧；
S2：将煮至无色的无机盐培养基冷却到室温，注入厌氧驯化体系，同时将油泥沙、煤粉及无机盐培养基混匀，放入25-65℃的培养箱；无机盐培养基的配方为：NaCl0.5-1g/L，MgCl2·6H2O0.5-1g/L，CaCl2·2H2O0.1-0.5g/L，NH4Cl0.3-1.2g/L，KCl0.5-1.5g/L，KH2PO40.2-1.4g/L；
S3:将驯化完成后的混合菌液与原始油泥沙混匀后注入煤层，整个混合注入过程尽量避免接触空气，保证厌氧菌群的活性。完成驯化的标准是煤粉产甲烷量达3-5μmol/g，驯化菌液浓度达106-107个/ml。
在驯化过程用气相色谱检测甲烷产量，产甲烷达稳定期时，仍然达不到上述标准，则补加与初始状态质量相同的煤粉，继续驯化。
实施例1
上述煤粉为褐煤粉，油泥沙和煤粉的质量比为1：1，放入25℃的培养箱。
实施例2
上述煤粉为焦煤粉，油泥沙于煤粉的质量比为1：10，放入65℃的培养箱。
实验例1：模拟褐煤煤层环境
褐煤(RO＝0.3)研磨至0.15-0.18mm，然后将褐煤粉放入模拟的厌氧培养体系，用氮气置换做无氧处理，加入煮至无色无机盐培养基(和上述相同)，氮气置换整个培养体系至无氧，将富集驯化的104天的油泥沙-煤粉的混合物(实施例1)与褐煤粉按质量比2:1接种到模拟培养体系，密封厌氧培养体系后，将样品分别放入35℃和55℃模拟培养。
历经354天模拟培养，RO＝0.3的褐煤在35℃和55℃条件下，分别产生甲烷103.89μmol和50.91μmol，整个产甲烷过程仍然未进入稳定期，还有上涨趋势。
实验例2：模拟焦煤煤层环境
焦煤(RO＝1.5)研磨至0.15～0.18mm，然后将焦煤粉放入模拟的厌氧培养体系，用氮气置换做无氧处理，加入煮至无色无机盐培养基(和上述相同)，氮气置换整个培养体系至无氧，将富集驯化的104天的油泥沙-煤粉的混合物(实施例2)与焦煤粉按质量比2:1接种到模拟培养体系，密封厌氧培养体系后，将样品放入35℃和55℃模拟培养。
历经354天模拟培养，RO＝1.5的焦煤在35℃和55℃条件下分别产生甲烷35.6μmol和81.33μmol；另外整个产甲烷过程仍然未进入稳定期，还有上涨趋势。
从实验例1与实验例2的实验结果可以得知，采用油泥沙作为外源菌群及营养物质，然后通过更适合煤层的驯化后注入煤层，其强化产气的效果是十分可观的。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，培育的菌群适用范围广，且产油废物循环利用，更加的环保和节约成本。一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，采用石油开采过程中的产生的废渣油泥沙作为微生强化产气的外源菌群及外源营养物质注入煤层，强化产气。

Claims (5)

1.一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，其特征在于，包括以下过程：
采用石油开采过程中的产生的废渣油泥沙作为微生物强化产气的外源菌群及外源营养物质注入煤层，强化产气；
将煤炭作为油泥沙底物对上述废渣油泥沙中菌群进行驯化，使得其适合煤层环境后，与油泥沙注入煤层，强化煤层产甲烷效率；
驯化油泥沙中菌群包括以下过程：
S1：将油泥沙与煤粉混合放入厌氧培养体系；
S2：将无氧的无机盐培养基在室温条件下注入厌氧驯化体系，同时将油泥沙、煤粉及无机盐培养基混匀，放入培养箱驯化培养；
S3:将完成驯化后的混合菌液与原始油泥混匀后注入煤层。
2.根据权利要求1所述的一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，其特征在于，无机盐培养基包括以下成分：NaCl、MgCl2·6H2O、CaCl2·2H2O、NH4Cl、KCl、KH2PO4。
3.根据权利要求1所述的一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，其特征在于，无机盐包括以下组分：NaCl0.5～1g/L，MgCl2·6H2O0.5～1g/L，CaCl2·2H2O0.1～0.5g/L，NH4Cl0.3～1.2g/L，KCl0.5～1.5g/L，KH2PO40.2～1.4g/L。
4.根据权利要求1所述的一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，其特征在于，在步骤S1中，将油泥沙和煤粉按照质量比1:1～10混合后放入厌氧培养体系。
5.根据权利要求1所述的一种引入外源菌群促进煤层强化产气的方法，其特征在于，在步骤S1中，煤粉的粒径为0.1～10mm。
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