摘要：目前,我国煤矿瓦斯防治技术主要为通风、抽放等物理方法,该类方法仍不能完全满足防治煤矿瓦斯灾害的安全要求.本研究提出一种治理煤矿瓦斯的新思路,方法,试图通过生物技术氧化瓦斯、控制和减少瓦斯积累量,预防煤矿瓦斯灾害.煤矿瓦斯的主要成分为甲烷气体,要防治瓦斯灾害就要从降低超标的瓦斯浓度入手.广泛存在于自然界中的甲烷氧化细菌(Methanotrophs)是能以甲烷为唯一碳源和能源生长的微生物.甲烷氧化菌分布范围广,很多极端环境(酸、碱、盐、高温、低温、寡营养)中都有甲烷氧化菌存在.它们能通过甲烷单加氧酶(Methane monoxygenase,MMO)酶系将甲烷最终氧化成二氧化碳和水,并在此过程中获得生长所需的能量和碳源.为此,以水稻田土壤为富集源,经培养基优化,富集培养了一高效氧化甲烷的甲烷氧化菌体系,可用于处理煤矿瓦斯气体中的甲烷.但瓦斯气体是一种复杂的混合气体,除含CH4外,还含有CO2、CO、H2S、C2H4、C2H6、H2、SO2等.甲烷氧化菌能利用C2H4、C2H6为碳源生长,转化为CO2,但CO、H2S、SO2等有毒气体对该甲烷氧化体系氧化甲烷的效果是否有影响,目前报道较少.本研究以经CO、H2S、SO2长期驯化的甲烷氧化菌体系为研究对象,分别以CO、H2S、SO2作单因素影响试验,起始甲烷含量10％,不含CO、H2S、SO2为对照(CK),经48h振荡培养,测定甲烷氧化率及甲烷单加氧酶活性(试验结果见表1).试验结果表明,当SO2浓度达煤矿安全浓度临界值(0.0005％)的250倍(0.125％)时(试验组1),甲烷氧化率及甲烷单加氧酶(MMO)活性均比CK略高,表现为对该甲烷氧化菌体系氧化甲烷有轻微的刺激作用;H2S浓度达煤矿安全浓度临界值(0.00066％)的100倍(0.066％)时(试验组2),对该甲烷氧化菌体系氧化甲烷也表现为刺激作用;SO2浓度达煤矿安全浓度临界值(0.0024％)的100(0.24％)倍时(试验组3),对该甲烷氧化菌体系氧化甲烷有轻微的抑制作用,但影响不显著.除单因素影响试验外,还设定了4组试验考察复合因素的影响(试验结果见表2).第1组试验为CO、H2S、SO2浓度均为煤矿安全浓度临界值的20倍,分别为CO为0.048％,H2S为0.0132％,SO2为0.01％.第2组试验为H2S浓度为人1h致死浓度(0.02％～0.03％),CO、SO2浓度为煤矿安全浓度临界值的5倍,分别为0.012％及0.0025％.第3组试验为SO2浓度为人1h致死浓度(0.01％),CO、H2S浓度为煤矿安全浓度临界值的5倍,分别为0.012％及0.0033％.第4组试验为CO浓度为人1小时致死浓度(0.1％),H2S、SO2浓度为煤矿安全浓度临界值的5倍,分别为0.0033％及0.0025％,其它条件同单因素试验.由以上4组试验结果可知,3种有毒气体的复合对甲烷氧化菌体系氧化甲烷的效果均表现为轻微抑制,但作用不显著.所有处理的甲烷氧化菌体系全蛋白电泳图谱无明显差别,也表明CO、H2S、SO2在处理浓度范围内,对甲烷氧化菌体系影响不大.由上述试验结果表明,在煤矿可产生CO、H2S、SO2浓度范围内,这3种有毒气体对经富集驯化过的甲烷氧化菌体系氧化甲烷的效果无显著的抑制影响,该甲烷氧化菌体系可用于煤矿瓦斯的处理.
