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1、微生物降解甲烷的机理与影响因素的探讨 摘 要：在现代科技的飞速发展下，借助微生物降解煤层里的残余甲烷，已经得到越来越多专业人士的认可。在现代技术的协助下，探讨人员可以通过培育好氧型微生物并將其注入煤层，经过渗透后利用自身的相关生命活动消耗其中的甲烷，从而降低开采煤炭时的危急系数。文章分析了微生物降解煤层甲烷的机理，探讨了微生物降解效率的影响因素。 关键词：微生物 降解 甲烷 机理 影响因素 中图分类号：X74 文献标识码：A 文章编号：1673-379104-0254-03 Abstract： With the fast development of modern science techno
2、logy， using microform degradates coal firedamp is getting more and more professionals ratification. With the help of current technology， people can foster germs of oxide and pour them into coals， after osmosis and consume coal firedamp by vital activities， then decrease danger. The article analysis
3、theory of microform degradates coal firedamp， and discusses factors of microform degradation. Key Words： Microform； Degradation； Firedamp； Theory； Factor 煤炭始终是我国全部运用的能源中占比重最高的能源，其生产和消费总量都在73%以上，我国在供电、取暖等方面运用的基本是煤炭。而我国煤层甲烷开发所面临的主要问题是煤储层压力、渗透率和含气饱和度普遍较低1。因此，煤炭的开采及有效利用显得尤为重要。 中国煤层气有利勘探面积约为37.5104 km2，地
4、质资源量為36.81012 m3，可采资源量为10.91012 m32。虽然多年以来，我国比较重视煤矿瓦斯的开采及技术提高工作，对治理煤层甲烷起到了很大推动作用，但我国在煤层甲烷方面的探讨起步较晚，对煤层甲烷资源的相识不够全面，开采的技术相对落后且不成熟3。 1939年，法国闻名煤化学家尤洛夫斯基提出利用特别的甲烷氧化菌，降低煤井内甲烷浓度，随后，各国的科学家相继进行了类似的探讨 4-6。在国家政策的大力推动下，煤层甲烷实现规模化开发利用，一些重大核心技术取得突破，但目前煤层甲烷的采收率一般较低7。有不少探讨者通过钻孔设备将甲烷氧化菌液注入煤层或喷洒在巷道壁面、采空区、盲巷等处来降低瓦斯浓度8
5、，但这些方式存在较大局限性。 目前，我国瓦斯的主要治理技术为矿井通风、矿井瓦斯抽放和“四位一体”的综合防范措施等物理方法9-10。而我国煤层地质条件困难、煤层透气性差及由此形成的自身特点确定了现有甲烷抽放技术的限制性，煤层甲烷所导致的灾难不能得到彻底的解决。在生物技术的带动下，国内外的很多探讨人员起先开展利用微生物降解地面甲烷的探讨，并取得了较为明显的成果11。我国也紧跟世界脚步，在特别规油气勘探和开发上取得了显著成果，获得了一系列重大的发觉，在油气勘探开发中扮演着越来越重要的角色12-16。 1 微生物降解甲烷的机理 利用微生物降解煤层甲烷的探讨在俄罗斯、澳大利亚等国家已经取得了肯定的成果。
6、俄罗斯探讨人员获得了一种特地“吃” 瓦斯的细菌，并将其研制成液态的“菌剂” 制品，通过钻孔输入煤床，甲烷在原处被细菌“吃掉”，通过这种方法可使甲烷削减50%；澳大利亚探讨人员把“吃”甲烷的细菌菌液喷洒到煤矿壁上，细菌以甲烷为唯一碳源而繁衍，20 d后煤矿甲烷气的去除率高达66%17。 在开采煤层之前，利用相关仪器将过量二氧化碳注入煤层之间，将煤层甲烷驱逐到表面，然后将微生物培育液喷洒到煤层上，利用微生物的生命活动对甲烷的降解来降低其中的甲烷浓度，接着再注入二氧化碳吸附在煤层表面以促进煤层甲烷的解吸；同时，在煤层间另一种微生物的作用下，将二氧化碳部分转化为甲烷，从而完成二氧化碳的能源化和资源化，
7、形成“二氧化碳燃料二氧化碳”的循环体系。 现在探讨所采纳的降解甲烷的微生物是甲烷氧化菌。甲烷氧化菌是甲基氧化菌的一个分支，其特殊之处在于能够利用甲烷作为唯一的碳源和能源18。甲烷氧化菌的分布范围极广，在很多极端环境中都有存在19。 甲烷氧化菌可以分为甲基单胞菌属、甲基细菌属、甲基球菌属、甲基孢囊菌属、甲基弯曲菌属、甲基微菌属、Methylocaldum、Methylosphaera20。几乎全部的甲烷氧化菌都是专性氧化菌。甲烷氧化菌的典型特征是含有甲烷单加氧酶能够催化甲烷氧化为甲醇，甲烷氧化菌氧化甲烷生成二氧化碳，并在此过程中获得生长所需的能量。第一步由甲烷单加氧酶将甲烷活化生成甲醇，甲醇进一
8、步被氧化为甲醛，甲醛被同化为细胞生物量或通过甲酸氧化为二氧化碳，然后经过一系列的脱氢反应生成二氧化碳重新回到大气中，即甲醇甲醛甲酸甲酸盐和二氧化碳21的过程。 甲烷单加氧酶的催化机理为22： 3个复合酶分别为羟基化酶、调整蛋白B和还原酶；羟基化酶和烷烃结合，并使之活化，还原酶接受NADH的电子，并将电子传递至羟基化酶。依据酶催化机理，生物体内的甲烷单加氧酶部分氧化时必需存在还原剂。 2 微生物降解甲烷的影响因素 众所周知，每一种微生物的存活、生长与繁殖都须要物质和环境因素，例如：水、无机盐和有机物等养分物质，以及温度、湿度和压力等环境因素。而微生物降解甲烷的过程中，由于煤层的埋藏环境与一般状况
9、下有很大不同，这就要求所须要的甲烷氧化菌群必需能适应煤层所处的环境，并且可以在此环境下存活，进行正常的生命活动。以下为降解过程中常见的影响因素。 2.1 温度 温度能干脆影响甲烷氧化菌内的甲烷单加氧酶的活性，而甲烷单加氧酶 催化甲烷氧化为甲醇恰恰是降解过程的第一步，倘如这一步无法进行，更不用说后面的降解过程了。因此，甲烷氧化菌必需要能够适应煤层的温度，才能使降解的效率提高。 2.2 压力 在通常状况下，假如某个个体内部的压力与外界环境的压力相差很大，自身往往会被外界压碎或膨胀裂开，从而导致其死亡。煤层存在地下几千米，所受的压力与地面压力大不相同，甲烷氧化菌须要在自身存活的前提下才可以进行降解。
10、 2.3 养分元素 将甲烷氧化菌输送到煤层间采纳的是液体培育基。在液体培育基中要包含其正常生长繁殖所须要的养分元素，既要有C、H、O、N、P等常量元素，也要有Cu、Mn、Zn、Ni等微量元素。 2.4 二氧化碳的浓度 经相关试验证明，二氧化碳的浓度对于甲烷氧化菌的降解效率也有肯定的影响。二氧化碳浓度越高，表明氧气浓度越低，会对甲烷氧化菌的呼吸类型产生影响。 3 结语 利用厌氧型微生物降解甲烷，一是可以降低煤层中的甲烷浓度，从而使危急程度降低，保障工作人员的平安；二是大大削减向大气中排放的甲烷量，肯定程度上可以减慢全球温室效应的进程。今后的微生物探讨方向不单是使甲烷氧化菌能够适应煤矿的温度、压力
11、和氧气环境，还要将微生物技术应用到其他方面，不仅可以降低成本，提高效率，也会带来不行估量的环保效益。 参考文献 1TANG Shu-heng， SUN Sheng-li， HAO Duo-hu， etal. Coalbed methane-bearing characteristics and reservoir physical properties of principal target areas in north ChinaJ.Acta Geologica Sinica， 2004，78：734-738. 2国土资源部油气资源战略探讨中心.全国石油自然气资源评价M.北京：中国大地出版社
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