專利名稱：一種利用煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的復(fù)合微生物菌劑及其應(yīng)用的制作方法
—種利用煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的復(fù)合微生物菌劑及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微生物制取生物煤層氣領(lǐng)域，涉及一種利用煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的復(fù)合微生物菌劑及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
生物煤層氣，俗稱瓦斯，是煤層中含有的生物有機(jī)雜質(zhì)在合適的環(huán)境條件下，經(jīng)系列微生物的水解、酸化和甲烷化作用，以及高溫高壓的物理化學(xué)作用產(chǎn)生的以甲烷為主要成分的氣體，另有少量乙烷、丙烷和丁烷，以及硫化氫、二氧化碳、氮和水氣等，絕大部分來自于生物作用，因此也稱生物煤層氣。當(dāng)生物煤層氣濃度在5%-16%之間，遇火即就會(huì)發(fā)生爆炸，因此給煤礦安全生產(chǎn)帶來了巨大威脅，制約了煤礦生產(chǎn)力水平，威脅礦工生命安全。 但生物煤層氣同時(shí)也是一種資源，是一種優(yōu)質(zhì)、潔凈的能源，若只將煤礦生物煤層氣抽放或風(fēng)排到大氣之中，則既浪費(fèi)了資源又影響了環(huán)境；若將其可作為燃料供民用或者工業(yè)使用， 或者發(fā)電，不但增加了能源，凈化了空氣，減少了大氣污染，同時(shí)還可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)家發(fā)改委在《煤礦瓦斯治理與利用總體方案》中也明確提出“瓦斯是資源和清潔能源” “構(gòu)建安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的煤炭產(chǎn)業(yè)新秩序”。
復(fù)雜的煤類生物有機(jī)雜質(zhì)需要經(jīng)過水解、酸化、甲烷化等生物轉(zhuǎn)化過程才能生成甲烷，其中水解階段是整個(gè)過程的限速步驟。只有復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)被水解成為乙酸、甲酸之類的小分子后才能為煤層中原著的產(chǎn)甲烷微生物所利用。理論上認(rèn)為，只要滿足產(chǎn)甲烷微生物活動(dòng)所需要的環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)兩個(gè)條件，生物煤層氣就可以大量產(chǎn)生。針對(duì)煤礦煤層中易被微生物降解產(chǎn)生甲烷的煤質(zhì)成分，篩選出具有高效降解能力的功能微生物，利用微生物作用更快地將這些成分轉(zhuǎn)化為甲烷氣體。一方面可以收集到大量的甲烷氣體，成為一種優(yōu)質(zhì)的能源供生產(chǎn)生活需要；另一方面，有效地解決了煤層中瓦斯的“源頭”，為后續(xù)開采工作提供安全保障。另外，本技術(shù)主要降解煤炭中的易揮發(fā)和損失成分，不降低或極少降低煤炭品質(zhì)，不影響處理煤的進(jìn)一步使用。
美國(guó)于上世紀(jì)90年度初開始將微生物引入煤層氣開發(fā)實(shí)際工程中并取得較好的效果，隨后加拿大、澳大利亞等國(guó)開始跟進(jìn)。我國(guó)目前主要針對(duì)現(xiàn)有煤層氣藏進(jìn)行勘探、開采，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、北京科技大學(xué)等高校和研究所進(jìn)行了初步的微生物制取煤層氣的研究，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210035682. O “一種利用外源微生物增產(chǎn)煤層氣方法”中公開了一種利用外源菌激活煤層中本源菌產(chǎn)生甲烷氣體，主要厭氧污泥進(jìn)行富集培養(yǎng)獲得復(fù)合功能菌，再將菌液加入煤層中產(chǎn)生甲烷；又如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110420196. 6 “一種利用微生物降解煤以制取生物氣的方法”中公開了一種利用黃孢原毛平革菌和培養(yǎng)基降解煤產(chǎn)煤層氣的方法。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510069190. 3的“微生物降解煤礦瓦斯技術(shù)”采用甲烷氧化菌注入或涂布至煤層各部位，降 解瓦斯，降低煤層開采危險(xiǎn)性。上述專利所涉及微生物均無明確菌株編號(hào)的菌種，所用微生物系馴化所得，缺乏穩(wěn)定性；菌株間配比以及協(xié)同作用不詳；也未對(duì)煤層氣生產(chǎn)過程運(yùn)行干預(yù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種復(fù)合微生物菌劑。
本發(fā)明的另一目的是提供該復(fù)合微生物菌劑轉(zhuǎn)化煤層中有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的應(yīng)用。
一種復(fù)合微生物菌劑,主要由黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium) 發(fā)酵液、產(chǎn)黃青霉菌(Penicillium chrysogenum)發(fā)酵液、洋蔥假單胞菌(Pseudomonas cepacia)發(fā)酵液和丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌(Clostridium acetobutylicum)發(fā)酵液組成,所述4種微生物采用常規(guī)發(fā)酵制備，以上4種發(fā)酵液中有效活菌數(shù)分別都在101°個(gè)/毫升以上。本發(fā)明所述的黃孢原毛平革菌、產(chǎn)黃青霉菌、洋蔥假單胞菌及丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌可以為市售的常規(guī)菌種，也可以是根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)方法分離純化的菌株。發(fā)明人在研發(fā)過程中使用過多種來源的上述菌株配制復(fù)合微生物菌劑，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果。
所述的復(fù)合微生物菌劑中4種微生物的發(fā)酵液優(yōu)選配比如下黃孢原毛平革菌發(fā)酵液廣25重量份，產(chǎn)黃青霉菌發(fā)酵液f 17重量份，洋蔥假單胞菌發(fā)酵液3 20重量份，丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌發(fā)酵液I 20重量份；以上4種菌的發(fā)酵液中有效活菌數(shù)分別都在101° 個(gè)/毫升以上；進(jìn)一步優(yōu)選配比如下黃孢原毛平革菌發(fā)酵液廣15重量份，產(chǎn)黃青霉菌發(fā)酵液3 7重量份，洋蔥假單胞菌發(fā)酵液8 12重量份，丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌發(fā)酵液5 14重量份，以上4種菌的發(fā)酵液中有效活菌數(shù)分別都在101°個(gè)/毫升以上；特別優(yōu)選配比如下 黃孢原毛平革菌發(fā)酵液6 11重量份，產(chǎn)黃青霉菌發(fā)酵液4飛重量份，洋蔥假單胞菌發(fā)酵液 8^12重量份，丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌發(fā)酵液7 12重量份，以上4種菌的發(fā)酵液中有效活菌數(shù)分別都在101°個(gè)/暈升以上。
本發(fā)明所述的復(fù)合微生物菌劑在降解煤層中的有機(jī)雜質(zhì)產(chǎn)生物煤層氣中的應(yīng)用。 本發(fā)明復(fù)合微生物菌劑可降解煤層中的有機(jī)雜質(zhì)，使之成為可供煤層中甲烷菌利用的小分子物質(zhì)，從而產(chǎn)生以甲烷為主要成分的生物煤層氣，并且本過程不降低煤品質(zhì)。
利用本發(fā)明所述的復(fù)合微生物菌劑降解煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的方法，在實(shí)施煤層所在地地面鉆探菌劑注入井和采氣井，鉆井位置根據(jù)地下煤層地質(zhì)條件布置，需滿足菌劑擴(kuò)散和生物煤層氣抽吸。
所述的復(fù)合微生物菌劑降解煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的方法，將本發(fā)明所述復(fù)合微生物菌劑由菌劑注入井直接注入煤層中，增殖時(shí)間為30 45天，增殖期間每3天將菌液通過注入井和采氣井循環(huán)一次。通過菌液循環(huán)時(shí)采樣分析，可明確了解菌群增殖情況、 底物變化、培養(yǎng)環(huán)境變化、生物煤層氣中甲烷和二氧化碳含量。
所述的復(fù)合微生物菌劑降解煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的方法，當(dāng)pH低于6. O 時(shí)，補(bǔ)加NaHCO3調(diào)節(jié)pH至7. O ;當(dāng)甲烷含量高于85%時(shí)，開始從采氣井抽采生物煤層氣。
所述的復(fù)合微生物菌劑降解煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的方法，當(dāng)生物煤層氣抽采結(jié)束后，將菌液抽離煤層，不影響煤層后續(xù)開采。
本發(fā)明所述的復(fù)合微生物菌劑在降解煤層中的有機(jī)雜質(zhì)產(chǎn)生物煤層氣中的應(yīng)用并不局限于說明書中記載的利用本發(fā)明所述的復(fù)合微生物菌劑降解煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的方法，按本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)選擇即可。
有益效果
本發(fā)明從大量具有產(chǎn)甲烷能力的微生物中篩選出4種性能優(yōu)異的微生物菌株，將其按照特定的配比進(jìn)行有機(jī)組合，制成復(fù)合微生物菌劑，該復(fù)合微生物菌劑對(duì)煤層中各類纖維素、腐殖質(zhì)以及各類含碳大分子具有很強(qiáng)的消化能力。
本發(fā)明復(fù)合微生物菌劑處理煤炭，可以加速產(chǎn)甲烷菌的富集，縮短厭氧消化時(shí)間， 多個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該復(fù)合微生物菌劑生物學(xué)降解煤炭產(chǎn)生生物煤層氣效果良好，初始產(chǎn)氣時(shí)間較不添加復(fù)合微生物菌劑縮短50%-68%。
本發(fā)明復(fù)合微生物菌劑可顯著提高產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量，產(chǎn)氣速率較空白對(duì)照組提高98%-190%，產(chǎn)氣量是空白對(duì)照組的7 12倍。
本發(fā)明復(fù)合微生物菌使用呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，即四株菌同時(shí)使用時(shí)產(chǎn)氣效果遠(yuǎn)優(yōu)于任意一株、兩株或三株菌的使用。
本發(fā)明復(fù)合微生物菌劑使用簡(jiǎn)單，只需直接注加需處理的煤層即可，且作用時(shí)間長(zhǎng)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明，實(shí)施例中為詳細(xì)說明的均按本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例1發(fā)酵液的制備
本實(shí)施例僅以黃孢原毛平革菌(ATCC20696)、產(chǎn)黃青霉菌(ATCC10108)、洋蔥假單胞菌(ATCC21808)和丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌(ATCC824)為例對(duì)發(fā)明的具體內(nèi)容做詳細(xì)描述，并不限制本發(fā)明復(fù)合微生物菌劑中四種微生物來源的選擇。
(I)將以上黃孢原毛平革菌(ATCC20696)、產(chǎn)黃青霉菌(ATCC10108)、洋蔥假單胞菌(ATCC21808)和丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌(ATCC824)分別活化至各自的保藏用斜面培養(yǎng)基，26-37。。培養(yǎng)16-72小時(shí)。
四種微生物的保藏用斜面培養(yǎng)基配方如下
黃孢原毛平 革菌采用培養(yǎng)基土豆100克，葡萄糖5克，酵母膏5克，蛋白胨2克， 瓊脂15克，自來水1000毫升，pH自然；
產(chǎn)黃青霉菌采用培養(yǎng)基葡萄糖20克，蛋白胨5克，麥芽汁lOOmL，瓊脂15克，自來水1000毫升，pH自然；
洋蔥假單胞菌采用培養(yǎng)基葡萄糖10克、牛肉膏2克、蛋白胨3克、谷氨酸鈉5克、 磷酸二氫鉀I克，硫酸鎂O. 2克，氯化鉀O. lg，瓊脂15克，自來水1000毫升，pH=6. 5 ；
丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌菌種采用培養(yǎng)基玉米粉100克，酵母膏3克，瓊脂15克， 自來水1000毫升，pH自然。
(2)將活化好的菌種分別接種于各自液體培養(yǎng)基中，26_37°C，除丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌其余均120轉(zhuǎn)/分培養(yǎng)16-24小時(shí)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌36°C厭氧靜置培養(yǎng)2天得到種子液。
四種微生物的液體培養(yǎng)基配方與斜面培養(yǎng)基配方相同，配制過程中不需添加瓊脂。
(3)種子罐200升，裝料量150升，分別按上述4種微生物液體培養(yǎng)基配方投料， 然后121°C滅菌20分鐘，冷卻后分別加入1. 5升上述培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期的種子液，培養(yǎng)溫度28-37°C，攪拌轉(zhuǎn)速120轉(zhuǎn)/分，通氣量1:1. 2 (與發(fā)酵液體積比)，培養(yǎng)14-18小時(shí)至對(duì)數(shù)期，得發(fā)酵種子液。丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌36°C厭氧靜置培養(yǎng)2天得發(fā)酵種子液。
(4)生產(chǎn)發(fā)酵罐2000升，裝料量1500升，生產(chǎn)罐培養(yǎng)基配方同種子罐培養(yǎng)基，然后 121°C滅菌20分鐘,冷卻后分別加入150升上述發(fā)酵種子液。各菌株的發(fā)酵條件分別為黃孢原毛平革菌，發(fā)酵培養(yǎng)溫度35°C，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分，通氣量1:1.3 (與發(fā)酵液體積比)，培養(yǎng)時(shí)間50小時(shí)；產(chǎn)黃青霉菌，發(fā)酵培養(yǎng)溫度28°C，轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分，通氣量1:1.2 (與發(fā)酵液體積比)，培養(yǎng)時(shí)間48小時(shí)；洋蔥假單胞菌，發(fā)酵培養(yǎng)溫度30°C，轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分，通氣量 I 1 (與發(fā)酵液體積比)，培養(yǎng)時(shí)間24小時(shí)；丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌，發(fā)酵培養(yǎng)溫度36°C，厭氧培養(yǎng)72小時(shí)。
發(fā)酵結(jié)束時(shí)，以上4種菌的發(fā)酵液中有效活菌數(shù)分別都在101°個(gè)/毫升以上。
實(shí)施例2利用復(fù)合微生物菌劑處理內(nèi)蒙煤炭厭氧發(fā)酵產(chǎn)生物煤層氣
1、實(shí)施例1制備的四種微生物發(fā)酵液按如下重量份混合均勻成為復(fù)合微生物菌劑黃孢原毛平革菌發(fā)酵液8重量份，產(chǎn)黃青霉菌發(fā)酵液5重量份，洋蔥假單胞菌發(fā)酵液10 重量份，丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌發(fā)酵液7重量份；
2、選用內(nèi)蒙某煤礦煤炭50kg (現(xiàn)場(chǎng)取樣后迅速密封)，平均分成5份，分別加入5 個(gè)15L厭氧反應(yīng)罐中；
3、分別向4個(gè)厭氧反應(yīng)罐中加入以下微生物發(fā)酵液或微生物發(fā)酵液混合物各 80ml a :黃孢原毛平革菌發(fā)酵液，b :黃孢原毛平革菌發(fā)酵液和產(chǎn)黃青霉菌發(fā)酵液，c :黃孢原毛平革菌發(fā)酵液、產(chǎn)黃青霉菌發(fā)酵液和洋蔥假單胞菌發(fā)酵液，d :步驟I制備的復(fù)合微生物菌劑，剩余一個(gè)為e空白對(duì)照加入等量的水，混合均勻，密封，保持35°C恒溫厭氧發(fā)酵，每 72小時(shí)利用外接蠕動(dòng)泵循環(huán)攪拌一次。
4、每7天抽取發(fā)酵液測(cè)定pH和底物濃度。當(dāng)pH低于6. O時(shí)，補(bǔ)加NaHCO3調(diào)節(jié)pH 至 7. O。
5、定時(shí)記錄產(chǎn)氣量。5個(gè)厭氧反應(yīng)罐產(chǎn)氣情況如表I所不
表I復(fù)合微生物菌劑處理煤炭產(chǎn)生物煤層氣
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合微生物菌劑，其特征在于該復(fù)合微生物菌劑主要由黃孢原毛平革菌 (Phanerochaete chrysosporium)發(fā)酵液、產(chǎn)黃青霉菌(Penicillium chrysogenum)發(fā)酵液、洋蔥假單胞菌(Pseudomonas cepacia)發(fā)酵液和丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌(Clostridium acetobutylicum)發(fā)酵液組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合微生物菌劑，其特征在于所述的復(fù)合微生物菌劑中4種細(xì)菌的發(fā)酵液配比如下黃孢原毛平革菌發(fā)酵液廣25重量份，產(chǎn)黃青霉菌發(fā)酵液f 17重量份，洋蔥假單胞菌發(fā)酵液3 20重量份，丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌發(fā)酵液廣20重量份，以上4 種菌的發(fā)酵液中有效活菌數(shù)分別都在101°個(gè)/毫升以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合微生物菌劑，其特征在于所述的復(fù)合微生物菌劑中4種細(xì)菌的發(fā)酵液配比如下黃孢原毛平革菌發(fā)酵液廣15重量份，產(chǎn)黃青霉菌發(fā)酵液3 7重量份，洋蔥假單胞菌發(fā)酵液8 12重量份，丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌發(fā)酵液5 14重量份，以上4 種菌的發(fā)酵液中有效活菌數(shù)分別都在101°個(gè)/毫升以上。
4.權(quán)利要求1所述的復(fù)合微生物菌劑在降解煤層中的有機(jī)雜質(zhì)產(chǎn)生物煤層氣中的應(yīng)用；其中，所述的生物煤層氣以甲烷為主要成分。
5.利用權(quán)利要求1所述的復(fù)合微生物菌劑降解煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的方法， 其特征在于在實(shí)施煤層所在地地面鉆探菌劑注入井和采氣井，鉆井位置根據(jù)地下煤層地質(zhì)條件布置，分別滿足菌劑擴(kuò)散和生物煤層氣抽吸的要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于將權(quán)利要求1所述復(fù)合微生物菌劑由菌劑注入井直接注入煤層中，增殖時(shí)間為30 45天，增殖期間每3天將菌液通過菌劑注入井和米氣井循環(huán)一次。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于當(dāng)pH低于6.O時(shí)，補(bǔ)加NaHCO3調(diào)節(jié) pH至7. O ;當(dāng)甲烷含量高于85%時(shí)，開始從采氣井抽采生物煤層氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于當(dāng)生物煤層氣抽采結(jié)束后，將菌液抽離煤層，不影響煤層后續(xù)開采。
全文摘要
本發(fā)明屬于微生物制取生物煤層氣領(lǐng)域，公開了一種利用煤層有機(jī)雜質(zhì)制取生物煤層氣的復(fù)合微生物菌劑及其應(yīng)用。該復(fù)合微生物菌劑由黃孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)、產(chǎn)黃青霉菌(Penicilliumchrysogenum)、洋蔥假單胞菌(Pseudomonascepacia)和丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌(Clostridiumacetobutylicum)4種菌的發(fā)酵液組成。本發(fā)明提供的復(fù)合微生物菌劑，對(duì)煤層中各類纖維素、腐殖質(zhì)以及各類含碳大分子具有很強(qiáng)的消化能力。添加該復(fù)合微生物菌劑的煤炭可以加速產(chǎn)甲烷菌的富集，縮短厭氧消化時(shí)間，提高生物煤層氣產(chǎn)量，并且四種微生物菌株的協(xié)同效果優(yōu)于任意一株、兩株或三株微生物的作用。
文檔編號(hào)C12R1/38GK103060245SQ20131002358
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者周楚新, 李登奎, 支銀芳, 程蘇寧 申請(qǐng)人:江蘇加德綠色能源有限公司