甲烷氧化菌降解煤矿风流瓦斯实验研究

【摘要】：瓦斯灾害是我国煤矿安全生产的主要灾害之一。随着煤矿开采强度和采深的不断加强,造成开采矿井的地应力逐渐变大、煤层透气性下降,导致目前采取的抽采、通风等治理瓦斯的物理方法无法满足煤矿安全生产的需求。同时,瓦斯是一种温室气体,煤矿抽采的低浓度瓦斯直接排放到大气中会造成生态环境的破坏。甲烷氧化菌是一种以甲烷为唯一碳源和能源生长的微生物。利用甲烷氧化细菌降解煤矿瓦斯不但对现有的瓦斯治理的方法有重要的辅助作用,而且对矿井瓦斯治理和减少低浓度瓦斯的排放有很大的应用潜力。不仅能从根源上防治、消除瓦斯灾害还可以减少对环境的破坏。本文在对甲烷氧化细菌和甲烷单加氧酶特征及其氧化甲烷的机理的基础上,通过筛选、分离、富集和培养甲烷氧化菌,并优化其生存、生长条件,验证了利用甲烷氧化菌降解甲烷的可行性,明确了基于温度、氧气浓度、培养液pH值等环境下的甲烷氧化细菌最佳生长条件;模拟验证了甲烷氧化菌降解煤层瓦斯的可行性。自主设计研制了实验装置,在实验室对甲烷氧化细菌降解煤矿风流中甲烷进行了模拟实验,揭示了不同风流甲烷浓度、不同风速、不同菌液浓度对降解甲烷性能的影响规律。 【关键词】：煤矿瓦斯 甲烷氧化细菌 甲烷单加氧酶 降解 瓦斯治理
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 选题依据11-14
• 1.1.1 煤矿瓦斯的定义及其造成的危害11-12
• 1.1.2 我国瓦斯治理的研究现状和存在的问题12-14
• 1.2 甲烷氧化细菌治理煤矿瓦斯的理论基础和本课题的研究意义14-15
• 1.2.1 甲烷氧化细菌治理煤矿瓦斯的理论基础14-15
• 1.2.2 本课题的研究意义15
• 1.3 国内外研究现状和存在的问题15-18
• 1.3.1 国内研究现状16
• 1.3.2 国外研究现状16-17
• 1.3.3 存在的问题17-18
• 1.4 本文研究内容、技术路线和创新点18-21
• 1.4.1 研究内容18
• 1.4.2 技术路线18
• 1.4.3 创新点18-21
• 2 甲烷氧化细菌特征与氧化机理21-29
• 2.1 甲烷氧化细菌的特征21-22
• 2.2 甲烷氧化细菌的分类22
• 2.3 甲烷氧化细菌的氧化机理22
• 2.4 甲烷单加氧酶的种类、结构与催化机理22-27
• 2.4.1 甲烷单加氧酶的蛋白种类和结构24-25
• 2.4.2 甲烷单加氧酶的催化机理25-27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 煤矿土壤中甲烷氧化细菌的筛选及培养条件的优化29-37
• 3.1 材料与方法29-31
• 3.1.1 供试土壤和实验设备29-30
• 3.1.2 培养基30-31
• 3.2 试验方法与设备31-33
• 3.2.1 实验设备31
• 3.2.2 菌株的筛选31-32
• 3.2.3 菌株的分离纯化32
• 3.2.4 菌种的形态观察32-33
• 3.3 甲烷氧化菌培养条件的优化33-36
• 3.3.1 甲烷氧化菌生长曲线的测定33
• 3.3.2 pH值对甲烷氧化菌氧化甲烷的影响33-34
• 3.3.3 温度对甲烷氧化菌生长的影响34-35
• 3.3.4 氧气对甲烷降解甲烷效果的影响35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 甲烷氧化细菌降解煤层瓦斯的可行性实验研究37-49
• 4.1 甲烷氧化细菌对不同浓度甲烷的降解效果37-39
• 4.1.1 试验方法与装置37
• 4.1.2 试验过程37-39
• 4.1.3 试验结果与分析39
• 4.2 不同压力及氧环境条件下甲烷氧化细菌去除瓦斯的能力39-44
• 4.2.1 实验方法与装置39-41
• 4.2.2 高压气体混合装置41
• 4.2.3 实验过程41-43
• 4.2.4 实验结果与分析43-44
• 4.3 不同温度对甲烷氧化细菌降解瓦斯的影响44-45
• 4.3.1 试验方法44
• 4.3.2 试验过程44-45
• 4.3.3 试验结果分析45
• 4.4 甲烷氧化细菌对矿井中瓦斯含有的甲烷的降解能力45-47
• 4.4.1 试验方法46
• 4.4.2 试验过程46
• 4.4.3 试验结果分析46-47
• 4.5 本章小结47-49
• 5 甲烷氧化细菌降解煤矿风流瓦斯实验装置的研制49-59
• 5.1 试验方法与材料49-51
• 5.2 试验设备51-55
• 5.2.1 气体流量监测系统51-54
• 5.2.2 风量检测系统54
• 5.2.3 抽气和充气系统54-55
• 5.2.4 瓦斯浓度检测系统55
• 5.3 试验过程55-57
• 5.4 本章小结57-59
• 6 甲烷氧化细菌降解煤矿风流瓦斯的实验研究59-71
• 6.1 对不同浓度甲烷的降解情况59-62
• 6.1.1 实验步骤59-60
• 6.1.2 实验结果分析60-62
• 6.2 混合气体的流动速度对实验的影响62-64
• 6.2.1 实验方法与步骤63-64
• 6.2.2 实验结果分析64
• 6.3 混合气体中甲烷的浓度对实验的影响64-66
• 6.3.1 实验方法、步骤65
• 6.3.2 实验结果分析65-66
• 6.4 不同的菌液量(浓度)对实验结果的影响66-69
• 6.4.1 实验方法与步骤67
• 6.4.2 实验结果分析67-69
• 6.5 本章小结69-71
• 7 结论与展望71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 展望72-73
• 参考文献73-79
• 作者简历79-81
• 学位论文数据集81

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