БЕЗОПАСНОСТЬ
Оригинальная статья
УДК 622.411,322.004:831.325 © С.М. Никитенко, А.Ю. Игнатова, В.С. Овсянникова, В.И. Kлишин, 2024
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 11S-2024 /1187/
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-11S-91-95
Название
Микробиологические аспекты дегазации угольных шахт
Авторы
Никитенко С.М., доктор экон. наук, доцент, главный научный сотрудник лаборатории угольного машиноведения, ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук», 650065, г. Кемерово, Россия, e-mail: nsm.nis@mail.ru
Игнатова А.Ю., канд. биол. наук, доцент кафедры аэрологии, охраны труда и природы, ФГБОУ ВО «Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева», 650000, г. Кемерово, Россия, е-mail: allaignatova@rambler.ru
Овсянникова В.С., канд. хим. наук, старший научный сотрудник лаборатории коллоидной химии нефти ФГБУН «Институт химии нефти СО РАН», 634055, г. Томск, Россия, e-mail: varja@ipc.tsc.ru
Клишин В.И., доктор техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук», 650065, г. Кемерово, Россия
Аннотация
В работе актуализируется проблема дегазации шахт с помощью биотехнологических методов. Один из способов, снижающих концентрацию метана, – это применение живых организмов, потребляющих метан, – метаноокисляющих бактерий. Приводятся сведения о видовом составе метанотрофных бактерий, встречающихся в природе, особенностях метаболических путей окисления метана микроорганизмами. Выявлены области применения метаноокисляющих бактерий в промышленности и сельском хозяйстве, для производства микробного белка для кормовой добавки домашнему скоту, в синтезе целевых соединений и дегазации угольных месторождений. Описаны опыт дегазации угольных шахт с использованием метаноокисляющих бактерий на шахтах Донбасса в 1980-х гг., технические и технологические особенности промышленной реализации такого подхода на действующих шахтах, состав и способы приготовления питательных сред, возможности транспортировки микробной биомассы к местам использования, перечислены примеры его успешного применения, эффективность таких мероприятий. Показаны преимущества микробиологической дегазации по сравнению с общепринятыми методами. Даны рекомендации к дальнейшим путям исследований и разработки. Необходима доработка технологии микробиологического окисления метана в шахтах в направлении увеличения скорости окисления метана, регуляции контроля за питанием метанотрофов, увеличения площади контакта микробиологичесой суспензии с метаном.
Ключевые слова
Угольные пласты, метан, дегазация, метанотрофные бактерии, биотехнология.
Список литературы
1. AkberdinI.R., ThompsonM., HamiltonR. etal. Methane utilization in Methylomicrobium alcaliphilum 20ZR: a systems approach. Sci. Rep. 2018;8(1):2512.
2. Hаvelsrud O.E., Haverkamp T.H.A., Kristensen T. et al. A metagenomic study of methanotrophic microorganisms in Coal Oil Point seep sediments. BMC microbiology. 2011;(11):221.
3. Wang Gang, Qin Xiangjie, Han Dongyang, Liu Zhiyuan. Study on seepage and deformation characteristics of coal microstructure by 3D reconstruction of CT images at high temperatures. International Journal of Mining Science and Technology. (Shandong University of Science and Technology). 2021. DOI: 10.1016/j.ijmst.2020.11.003.
4. Wang Gang, Li Yanqing, Wang Enmao, Huang Qiming, Wang Shibin, Li Huaixing. Experimental study on preparation of nanoparticlesurfactant nanofluids and their effects on coal surface wettability. International Journal of Mining Science and Technology (Shandong University of Science and Technology). 2021. DOI: 10.1016/j. ijmst.2021.12.007.
5. Wang Gang, Huang Tengyao, Yan Song, Liu Xuelin. Experimental study of the fracturing-wetting effect of VES fracturing fluid for the coal seam water injection. Journal of Molecular Liquids (Shandong University of Science and Technology). 2019. DOI: 10.1016/j.molliq.2019.111715.
6. G uo X., Guangzong Fang, Gang Li, Hao Ma, Hongjun Fan, Liang Yu, Chao Ma, Xing Wu, Dehui Deng, Mingming Wei, Dali Tan, Rui Si, Shuo Zhang, Jianqi Li, Litao Sun, Zichao Tang, Xiulian Pan, Xinhe Bao. Direct, Nonoxidative Conversion of Methane to Ethylene, Aromatics, and Hydrogen. Science. 2014;344(6184):616-619.
7. Li K., Ronghou Liu, Chen Sun. A review of methane production from agricultural residues in China. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016;(54):857-865.
8. Bowman J. The methanotrophs – the families Methylococcaceae and Methylocystaceae. Prokaryotes. New York: Springer. 2006;(5):266-289.
9. Orata F.D., Meier-Kolthoff J.P., Sauvageau D., Stein L.Y. Phylogenomic Analysis of the Gammaproteobacterial Methanotrophs (Order Methylococcales) Calls for the Reclassification of Members at the Genus and Species Levels”. FrontiersinMicrobiology. 2018;(9):3162.
10. Троценко Ю.А., Торгонская М.Л. Аэробные метилотрофы – перспективные объекты современной биотехнологии // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2012. Т. 3. № 5. С. 243-279. T rotsenko Yu.A., Torgonskaya M.L. Aerobic methylotrophs – promising objects of modern biotechnology. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Biologiya. 2012;3(5):243-279. (In Russ.).
11. Редактирование геномов метанотрофных бактерий: возможные мишени и доступный инструментарий / В.Н. Хмеленина, С.Ю. Бут, О.Н. Розова и др. // Микробиология. 2022. Т. 91. № 6. С. 647-665. Khmelenina V.N., But S.Yu., Rozova O.N., Oshkin I.Yu., Pimenov N.V., Dedysh S.N. Genome editing in methanotrophic bacteria: potential targets and available tools. Mikrobiologiya. 2022;91(6):647-665. (In Russ.).
12. Bodrossy L., Kovacs K.L. Methane utilizing bacteria and their biotechnological applications. Indian J. Experim. Biol. 1994:443-449.
13. A veresch N.J.H., Kracke F. Metabolic Network Analysis of Microbial Methane Utilization for Biomass Formation and Upgrading to Bio- Fuels. FrontiersinEnergyResearch. 2018;(6):106.
14. Васючков Ю.Ф. Биотехнология управления метановыделением в шахтах // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2018. Вып. 4. С. 168-179. Vasyuchkov Yu.F. Biotechnology of managing methane emission in mines. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018;(4):168-179. (In Russ.).
15. Васючков Ю.Ф. Совершенствование управления метановыделением в очистных забоях микробиологическими способами. М.: ЦНЭИуголь, 1989. 37 с.
16. Мякенький В.И. Обоснование микробиологического способа снижения метанообильности выработанного пространства // Уголь Украины. 1983. № 12. Myakenkiy V.I. Justification of microbiological method to reduce methane content of mined-out spaces. Ugol' Ukrainy. 1983;(12). (In Russ.).
17. Малашенко Ю.Р., Романовская В.А., Троценко Ю.А. Метаноокис-
ляющие микроорганизмы. М.: Наука. 1987. 197 с.
18. Высоцкий С.П., Гулько С.Е. Экологические риски при эксплуатации и закрытии угольных шахт // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2017. Вып. 5. С. 18-25. Vysotsky S.P., Gulko S.E. Environmental risks in the operation and closure of coal mines. Vestnik Donbasskoj natsional'noj akademii stroitel'stva i arkhitektury. 2017;(5):18-25. (In Russ.).
19. Комплексная технология применения бактерий для снижения выбросов шахтного метана в атмосферу / Е.А. Воробьев, В.Б. Демченко, А.П. Петух и др. // Вісті Автомобільно-дорожнього інституту. 2006. № 2(3). С.133-141. Vorobyev E.A., Demchenko V.B., Petukh A.P., Sofiyskiy K.K. Complex technology of bacteria application to reduce mine methane emissions into the atmosphere. Visti Avtomobil'no-dorozhn'ogo institutu. 2006;(2):133-141. (In Russ.).
20. Куприянов С.А. К вопросу разработки биотехнологической дегазации угольных месторождений / Материалы IХ межд. науч.-пр.-й конф. «Современные тенденции и инновации в науке и производстве». 15.04.2020. С. 1-5.
21. WilliamA. Apel, PatrickR. Dugan, MichelleR. Wiebe. Use of methanotrophic bacteria in gas phase bioreactors to abate methane in coal mine atmospheres. Fuel. 1991;70(8):1001-1003.
22. Jian Xin Tang, Fei Mao, Ze Jing Guo, Jiao Jiao Peng. Study on Gas Control in Coal Mine by Methanotrophic Bacteria M02. Advanced Materials Research Vols. 2012;(December):602-604.
23. Wolinska A., Pytlak A., Stepniewska Z., Kuzniar A., Piasecki C. Identification of Methanotrophic Bacteria Community in the Jastrzebie- Moszczenica Coal Mine by Fluorescence in situ Hybridization and PCR Techniques. Pol. J. Environ. Stud. 2013;22(1):275-282.
24. Ma S, Zong Q. Exploration and application of microbial method to enhance the effect of hydraulic fracturing on coal seam permeability enhancement and gas extraction. Energy Exploration & Exploitation. 2024;42(3):837-855.
25. Saryglar Ch.A., Chysyma R.B. Biotechnological method of coal processing: directions and prospects. JournalAdvancesincurrentnaturalsciences. 2019;12(1):186-191.
Поддержка
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Распоряжения Правительства Российской Федерации от 11.05.2022 №1144-р (Соглашение № 075-15-2022-1191) и государственного задания ИХН СО РАН (НИОКТР № 121031500048-1).
Для цитирования
Микробиологические аспекты дегазации угольных шахт / С.М. Никитенко, А.Ю. Игнатова, В.С. Овсянникова и др. // Уголь. 2024;(11S): 91-95. DOI:10.18796/0041-5790-2024-11S-91-95.
Информация о статье
Поступила в редакцию: 15.09.2024
Поступила после рецензирования: 21.10.2024
Принята к публикации: 31.10.2024
