煤炭生物氣化培養基優化研究

任恒星，王江澤

(1.易安藍焰煤與煤層氣共采技術有限責任公司，山西 太原 030000； 2.煤與煤層氣共采國家重點實驗室，山西 晉城 048000)

煤炭生物氣化培養基優化研究

任恒星1,2，王江澤1,2

(1.易安藍焰煤與煤層氣共采技術有限責任公司，山西 太原 030000； 2.煤與煤層氣共采國家重點實驗室，山西 晉城 048000)

本文使用正交實驗的方法，優化了煤炭生物氣化的培養基配方，確定N系為控制產氣結果的關鍵因素，應精確控制添加量，優化后的配方為N系40mL/L，BR系20mL/L，SL系40mL/L，BE系1g/L.

次生生物氣；本源菌；培養基優化

使用生物化學的方法，將地下煤轉化為煤層氣，是一種很有潛力的開發新能源的方法，對于緩解能源緊張有重要意義。目前，國外的生物產氣研究主要集中于本源菌上。Fallgren等研究了不同成熟度煤的產甲烷水平，發現產甲烷量與煤揮發分含量相關[1].Senthamaraikkannan等開發了含有生物氣的煤層氣井的產氣模型[2]. 國內很多學者致力于次生生物氣的研究。王愛寬等研究了產甲烷菌的培育和產氣特性[3,4]. 蘇現波等[5-10]對鹽度、pH對低階煤生物甲烷產生的影響進行研究發現，鹽度、pH是影響CH4生成的重要因素，并且溫度、氧化還原電位等理化條件均會影響產氣過程使用培養基激活煤層本源微生物，可以提高煤層含氣量，進一步提升煤層氣井產量。宋金星等則研究了煤中顯微組分對產甲烷的影響，發現富鏡質組的煤產甲烷較高[11]. 目前，對于促進煤層本源菌生長的培養基的研究還很少。本研究利用沁水盆地趙莊煤為樣品，綜合使用實驗室積累的營養液配方，采用正交實驗的方法，對煤層生物產氣培養基進行優化研究，為后期研究和應用打下基礎。

1 材料和方法

1.1 煤樣來源和分析

煤樣采自趙莊礦，實驗時粉碎至直徑約1cm塊狀。煤樣送實驗室檢測室做工業分析，分析結果見表1.

表1 趙莊煤樣工業分析結果表

1.2 培養基組分

培養基由4個部分組成，分別是N系、BR系、SL系以及BE系。

1.3 實驗設置

使用500mL厭氧瓶作為容器，每系分別設置3個加入量水平，3個平行樣，每個實驗加煤樣40g，試驗中N系、BR系、SL系分別按要求配置成標準液，根據實驗要求直接使用，BE為干燥粉狀，按照要求稱量加入，總培養基置入量250mL，實驗周期45天。因素水平表見表2. 正交設計表見表3.

表2 因素水平表

表3 正交設計表

1.4 厭氧條件的保證

所有操作均在厭氧箱中完成，煤樣和培養基添加完成后用氮氣掃吹后密封。置于35 ℃恒溫培養。

1.5 氣體測試方法

采用安捷倫7890A氣相色譜儀對產生的氣體進行甲烷含量分析。色譜柱為AgilentCarbonplot(60m*320μm*1.5μm)，載氣為N2.填充柱進樣口溫度150 ℃，隔墊吹掃流量3mL/min，進樣量500μL，柱箱溫度25 ℃，保持7.5min；TCD檢測器，檢測器溫度200 ℃，參比流量40mL/min，尾吹流量8mL/min.

2 結果與討論

產生的甲烷濃度測試結果見表4.

表4 產氣甲烷濃度表

采用SPSS對數據進行分析，結果見表5.

表5 方差分析表

由分析結果看出，N系對甲烷終濃度影響顯著，SL次之，NR、BE對結果影響不顯著,因此實驗中要嚴格控制N和SL系添加量，最佳組合為：N系40ml/L，BR系20ml/L，SL系40ml/L，BE系1g/L.

3 結 論

使用4因素3水平正交實驗的方法，對培養基不同組分N系、BR系、SL系以及BE系對產氣的影響大小進行了考察，SPSS軟件分析結果表明N系和SL系對產氣的影響顯著，使用時應嚴格控制用量，NR系和BE系對產氣的影響不顯著，可根據具體實驗要求決定添加量。確定的最優培養基配方為N系40mL/L，BR系20mL/L，SL系40mL/L，BE系1g/L，其中N系和SL系應精確稱量。最優培養基配方的確定為后期的產氣實驗打下了堅實的基礎。

[1]FallgrenPH,JinS,ZengC,etal.Comparisonofcoalrankforenhancedbiogenicnaturalgasproduction[J].InternationalJournalofCoalGeology,2013,115(8):92-96.

[2]SenthamaraikkannanG,GatesI,PrasadV.Developmentofamultiscalemicrobialkineticscoupledgastransportmodelforthesimulationofbiogeniccoalbedmethaneproduction[J].Fuel,2015(167):188-198.

[3] 王愛寬，秦 勇,林玉成,等.褐煤中天然產甲烷菌富集培養與生物氣產出模擬[J].高校地質學報,2010,16(1):80-85.

[4] 王愛寬，秦 勇.褐煤本源菌在煤層生物氣生成中的微生物學特征[J].中國礦業大學學報,2011,40(6):888-893.

[5] 蘇現波，徐 影，吳 昱，等.鹽度、pH對低煤階煤層生物甲烷生成的影響[J].煤炭學報,2011,36(8):1302-1306.

[6] 蘇現波，吳 昱，夏大平，等.煤制生物甲烷實驗方案設計及優選[J].天然氣工業，2013，33(5):132-136.

[7] 蘇現波，吳 昱，夏大平，等.溫度對低煤階煤生物甲烷生成的影響[J].煤田地質與勘探,2012,40(5):24-26.

[8] 夏大平,陳 鑫,蘇現波，等.氧化還原電位對低煤階煤生物甲烷生成的影響[J].天然氣工業,2012,32(11):107-110.

[9] 蘇現波,吳 昱,夏大平，等.瘦煤制取生物甲烷過程模擬實驗研究[J].煤炭學報,2013,38(6):1055-1059.

[10] 蘇現波,陳 鑫,夏大平，等.煤發酵制生物氫和甲烷的模擬實驗[J].天然氣工業,2014,34(5):179-185.

[11] 宋金星，郭紅玉，陳山來，等.煤中顯微組分對生物甲烷代謝的控制效應[J].天然氣工業,2016,36(5):25-30.

Study on Optimization of Coal Bio-gasification Medium

REN Hengxing, WANG Jiangze

The orthogonal design is used to optimize the formulation of coal bio-gasification medium. N-system is the key factor to control the gas production, and the optimal dosage are 40 mL/L for N, 20 mL/L for BR, 40 mL/L for SL and 1 g/L for BE.

Secondary biogas; Native bacteria; Optimization of culture medium

2016-08-26

任恒星(1987—)，男，山西晉城人，2011年畢業于中國礦業大學，助理工程師，主要從事煤炭生物產氣研究

(E-mail)18235687170@163.com

TD

B

1672-0652(2016)10-0011-02