微生物介导的CO_2-水—砂岩相互作用实验研究

【摘要】大量化石燃料燃烧导致的温室效应正引起全世界的广泛关注。我国作为CO2排放大国，能源类型仍以产生CO2副产物的化石燃料为主，短期内无法平衡经济发展与能源需求之间的关系。因此，如何有效地开展CO2减排工作成为学者们研究的重点。目前，减少大气中CO2含量的新兴手段为二氧化碳的捕获与封存技术（CarbondioxideCaptureandStorage,CCS），即将固定点源产生的二氧化碳进行捕集后，将其封存在相对封闭的地质单元中，以期封存在地下的二氧化碳参与地质反应，最终将二氧化碳以碳酸盐矿物的形式被稳定捕获，实现二氧化碳在地下的永久圈闭。CO2地质储存依靠复杂的物理、地球化学捕获机制，通过物理及地球化学作用相结合的方式，最终达到CO2矿物捕获的目的。但矿物捕获作用时间较长，可达到数千年以上，从而可能引发一系列的环境安全问题。在地下环境中，微生物是不可缺少的生命群落，有研究表明，某些微生物有加速碳酸盐矿物形成的作用，微生物的代谢对地下的地球化学环境以及潜在固碳离子的迁移具有重要作用。因此，本论文从地下水水样中富集筛选微生物，研究微生物介导的CO2-水-砂岩相互作用过程。本论文在对研究区石盒子储层水样中微生物富集、微生物对地层环境的耐受能力研究的基础上，首先进行了微生物对矿物溶解-沉淀影响的实验研究，其次探究了微生物介导的CO2-水-砂岩相互作用过程，得到如下结论：（1）从我国某灌注场地地下石盒子储层水样中分别富集细菌、真菌、放线菌3大类群微生物。考察了3大类群微生物对地层环境的耐受能力。结果表明，细菌对地层环境的耐受能力较强；真菌对地层温度、盐度的耐受能力较好，对低pH的耐受能力一般，微生物能够生长，但并不活跃；放线菌对地层环境的耐受能力较好，但酸度继续降低（pH≤4）时，放线菌的耐受能力急剧降低。（2）常压下微生物对矿物溶解-沉淀影响的实验结果表明，实验周期7d，温度50°C，在细菌的作用下，促进了含钙碳酸盐的形成；真菌使固碳离子的溶出量增大；放线菌促进了含铁碳酸盐的形成；细菌实验组岩石表面形成了未知的能够促进碳封存的硅铝酸盐矿物，表明细菌在此条件下对CO2的固定可能起到积极的作用。（3）以细菌为例进行微生物介导的CO2水-砂岩相互作用实验，实验周期60d，温度50°C，在实验尺度内（投菌量为0-11.7×107CFU/mL），CO2-水-砂岩体系中菌含量越大，越利于CO2在咸水中的溶解捕获。（4）以细菌为例进行微生物介导的CO2-水-砂岩相互作用实验，实验周期60d，温度50°C，实验结果表明细菌能够促进CO2在含盐水层中的溶解捕获。细菌的生命代谢活动将会促进长石类矿物、粘土矿物（绿泥石）的溶蚀，促进过渡态方解石及菱铁矿等固碳矿物的形成，即，细菌在一定程度上能够加速矿物捕获过程。
【作者】赵静；
【导师】张凤君；
【作者基本信息】吉林大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】CO2-水-砂岩；深部含盐水层；微生物；过渡态方解石；菱铁矿；

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