煤層氣生物工程關鍵預處理技術及其作用機制評述

鮑 園，常佳寧，劉向榮，夏大平，王亞亞

(1.西安科技大學 地質與環境學院，陜西 西安 710054；2.自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西 西安 710021；3.西安科技大學 化學與化工學院，陜西 西安 710054；4.河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454003)

煤層氣生物工程(CGB)作為微生物促產煤層氣(MECBM)技術的發展與延伸，它具有增氣、增液、增解、增透、減排“四增一減”的特點[1]，引起國內外學者的廣泛關注[2-4]。MECBM 技術最早是由A.R.Scott[3]在1999 年提出并用于煤有機質生物氣化領域研究。它包括強化和激勵兩種作用形式[4]，前者是通過向地下煤層注入外來微生物種群來降解煤層有機質生成甲烷，后者是通過注入養分刺激煤層本源微生物生烴目的。前人在煤層氣生物工程預處理手段和技術方面已做了大量工作，例如，李建濤等[5]分別從煤階、微生物、預處理方法、溶煤方式及其機理等方面，對近三十年來有關低階煤的微生物轉化研究進行了歸納總結，提出了硝酸、雙氧水和臭氧等氧化處理，陰離子表面活性劑、堿性緩沖液和鹽酸等非氧化預處理以及溶劑抽提等均能提高煤的微生物轉化效率；夏大平等[2]研究指出在生物氣化前通過添加Fe、Ni 等不同微量元素組合，可以使生物甲烷產生時間提前，產氣量增加；Guo Hongguang 等[6-7]利用雙氧水和NaOH 等不同氧化劑預處理褐煤和無煙煤樣品，發現煤的含氧官能團發生變化，其利用率和甲烷產率得到很大的提升；S.P.Yoon[8]、Guo Hongyu[9]等利用稻草、玉米秸稈等物質與不同煤階煤進行共降解，發現煤階越低其生物甲烷產量越高，且共降解生物甲烷產量遠高于微生物單一降解煤或生物質。由此可見，在煤層氣生物工程實施前進行微量元素添加、酸-堿-氧化處理和協同物質共降解等預處理手段對提高微生物可利用度和微生物降解煤生烴效率具有顯著的效果。

雖然前人分別從菌種改良，真菌或細菌強化、氧化，外加電場、酸、堿、溶煤、超聲波，外加微量元素等預處理方式對增加煤生物降解能力進行了探索研究，但是目前有關煤層氣生物工程預處理技術方法種類很多，尚缺乏一種系統的分類方法，筆者在大量文獻分析的基礎之上，通過對各種預處理方式進行梳理、歸納與總結，按照微生物與煤作用方式概括為3 種類型和12 種技術，對比這三種不同預處理手段下微生物降解煤產氣效率的差異，揭示菌群優化與改良、煤的溶解與氧化、生物刺激與協同作用下甲烷生成機制。研究成果為了解煤層氣生物工程預處理技術特點、選擇合理的技術方式以及應用工程實踐均可提供重要的理論支撐。

1 煤層氣生物工程關鍵預處理技術分類、特點及效果

煤層氣生物工程預處理技術，涉及種類和方法較多，還沒有形成系統的分類。本文按菌-煤的作用方式將其劃分為3 類：菌群優化與改良、煤的溶解與氧化、生物刺激與協同(表1)。

表1 煤層氣生物工程關鍵預處理技術分類Table 1 Classification of key pretreatment technologies for coalbed gas bioengineering

1.1 菌群優化與改良

由于自然條件下分離得到的原始菌種往往達不到實驗室以及工業生產的要求，一般需要通過菌種優化以獲得所需的高產菌種或對基礎培養基配方進行改良，以獲得較高的甲烷產率[10]。

在菌群優化方面，前人發現在生物產氣的不同階段加入不同濃度的乙醇溶液，可以有效地改變菌群群落結構，同時可以增加甲烷產率[11]，還可以通過對菌種進行紫外線輻射誘變獲得高效降解煤的菌株[12]或對產甲烷菌用硫酸二乙酯誘變，使產氣量提高40.0%[13]。在培養基配方改良方面，前人通過用胰蛋白酶-大豆肉湯和玉米浸泡液替代原始培養基中酵母抽提物和蛋白胨，使生物甲烷產量提升4 倍[14]，并在實驗室條件下成功開發出地層水基營養配方，最高將生物甲烷產量提高了24.3 倍[15]。

前人對微生物降解煤的菌種選擇及培養基配方優化等方面進行了大量研究，但是從目前發展趨勢來看，改良培養基配方，開發出低成本、高效率且適用于特定地質條件下的培養基配方是當前研究重點方向之一。

1.2 煤的溶解與氧化

煤的溶解與氧化是將不同種類的酸、堿或氧化劑以及通過施加外部手段(如電場、微波、超臨界二氧化碳(Sc-CO2)等)處理之后，使煤分子結構發生變化或分解為易被微生物利用的物質，再經過發酵菌、產氫產乙酸菌和產甲烷菌協同作用，以達到增產生物甲烷的目的。

研究表明，煤經過微生物作用能夠轉化為溶于水或其他溶劑的低芳環小分子物質，并將溶煤作用概括為堿作用、生物氧化酶作用、螯合劑作用、表面活性劑作用和酯酶作用5 種類型[5,16]。影響溶煤效果的因素主要有煤的研磨力度、溶煤時間、氧化劑濃度、菌種的選擇、pH 值等[16-17]。在相同條件下，銅綠假單胞菌的溶煤效果好于產堿假單胞菌、施氏假單胞菌和粗毛栓菌這3 種菌種[18]。利用相同配比不同濃度的酸、堿、氧化溶液分別處理煤樣，得到酸處理后煤樣的甲烷產率最高，達12.8 mL/g[19]；用0.8 mol/L 硝酸預處理褐煤后，微生物降解煤的生物轉化率高達31.8%[20-21]。通過施加外部電場、微波等預處理手段也可以達到甲烷增產效果。例如，Piao Dongmei 等[22]通過研究采用極化電極的生物電化學厭氧反應器來提高生物煤轉化為甲烷的能力。基于不同電極最佳組合探討生物甲烷生成效果，發現陽極采用碳氈、陰極采用不銹鋼、電壓為1.2 V 條件下甲烷產率最高提升了155.0%[23]。微波輔助熱解煙煤使羥基自締合氫鍵斷裂，并將醇、酚和羧酸轉化成醚基等小分子物質，微生物可更好地利用這些小分子物質增產生物甲烷[24]。通過使用Sc-CO2萃取褐煤并利用微生物降解萃取物，證實了萃取物中的芳香族化合物可被微生物利用并生成甲烷[25]。綜上所述，外加電場能夠顯著強化煤制生物甲烷，微波輔助會去除煤中的礦物達到疏通孔隙和裂縫的目的，并且使煤層產生新的裂縫，提供更多的滲流空間。超臨界二氧化碳萃取可以對煤的大分子結構產生分解，這些手段相互結合應用于不同地區煤儲層，可選擇性為煤儲層改造以及增產生物甲烷奠定基礎。

在煤分子結構研究方面，前人認識到煤的大分子結構可通過氧化方法變為小分子化合物[26]，這為微生物降解煤生烴過程中增加生物利用度提供了一種途徑。已報道的氧化劑有CH3COOOH[27]、HNO3[21]、KMnO4[28]、O3[29]、NaOH[30]、H2O2[31]等。H2O2作為一種環境友好型且氧化性極強的氧化劑，深受研究者們青睞并已開始用于改變煤的結構和作為新生甲烷的底物。J.Webster等[32]利用過氧化氫、過氧化物酶、過氧化鈣3 種試劑對煤進行氧化預處理，實驗產生的乙酸鹽、二氧化碳和甲酸鹽可作為產甲烷菌直接利用的底物，以此來增加煤層氣產量。還有學者利用不同濃度的H2O2溶液預處理煤[5,33-34]，或直接向煤層注入0.05%的H2O2或預處理液[35]，這些預處理方法都提高了產甲烷菌的生物利用度，有利于原位/非原位提高CH4產量。由于H2O2反應后的主要產物為水，有效地解決了液化后殘余化學試劑的處置問題，極大地減少了對生態環境的污染。該方法還可用在生物開采薄煤層以及采空區殘煤中，能快速提高甲烷產率和增加煤層氣資源量，但有關這方面的工程應用和實施效果未見報道，僅停留在實驗室理論研究階段。

1.3 生物刺激與協同

1.3.1 生物刺激作用

生物刺激作用主要是在菌液中添加不同的微量元素[36]、納米磁鐵礦[37]、高嶺土[38]、絡合劑氨三乙酸[39]等物質來影響細菌和真菌本身的酶活性，進而增加生物甲烷產量。

微量元素是維持厭氧微生物生長代謝和厭氧發酵酶系統活性的重要組成成分[40]，通過調節培養基中各類微量元素的濃度，就可以改變不同生物酶活性以加快生物甲烷產出速率，這種方式可以在不同產氣階段及時加入相應微量元素，可有效提升某一階段的生物甲烷產量。Fe、Co、Ni、Zn、Mo、Mn 等微量元素對生物甲烷產出具有激勵作用，通過添加鐵鎳微量元素組合可以使產氣時間提前和產氣量增加[2,41]，而添加納米級磁鐵礦[42]和FeCl2/FeS2[43]分別會促進醋酸鹽甲烷的生成并在煤表面形成一種無定形物質，使厭氧反應系統更加穩定且甲烷產率上升。此外，絡合劑氨三乙酸可以與Fe2+和Ni2+形成螯合物阻止Fe2+和Ni2+沉淀[39]，從而消除重金屬離子對生物酶的抑制，同時也可以減少硫化物沉淀對產甲烷的不利影響，極大地促進了產甲烷菌的活性。真菌和細菌可通過改變過氧化物酶、漆酶、酯酶、堿性代謝物和天然螯合劑在內的多種酶活性來控制煤的溶解和解聚[4]，同時生物酶還可以對木質素、褐煤起到很好的降解作用[44]。關于生物刺激作用方面的研究主要集中在對比挑選高產的菌種和單一或多元微量元素組合(鐵、鎳、鈷)以及無機礦物(高嶺土、磁鐵礦)對生物酶活性的影響等方面[38,45]，隨著地質與微生物交叉學科研究水平的逐漸深入，在關鍵生物酶的基因重組、蛋白表達與純化、酶分子改造等方面有著更為廣闊的前景。

1.3.2 生物質協同作用

生物質協同作用是指向煤為碳源底物中添加其他生物質(如稻草、秸稈、胍膠等)，通過微生物共同降解作用生成以甲烷為主的氣體，進而實現增產目的。

前人通過室內模擬實驗證明，向煤中加入稻草、秸稈、胍膠等生物質可顯著增加生物甲烷產率，其中，稻草外源物質可使得褐煤的生物甲烷產量提升172.0%[46]。秸稈與不同煤階煤之間具有相互促進的協同作用，低、中、高階煤與秸稈共降解時，實現甲烷最大化的最佳質量配比分別為1.5∶1、1∶1 和0.6∶1[47]。S.P.Yoon 等[8]利用稻草與褐煤混合制備甲烷，也驗證了這一規律。李云嵩等[48]通過將1%質量分數胍膠與褐煤混合實驗發現，胍膠對生物產氣具有明顯的促進效應，生物甲烷的生成量增加620.5%。進一步研究發現，降解后胍膠大分子中C、H 元素含量明顯下降，胍膠的表面粗糙度增加，孔隙增多，上清液中葡萄糖、醛、酸含量增加。

生物協同產氣作用方式也為我國秸稈資源的高效利用提供了一種有效途徑。秸稈、稻草等生物質原料和煤共同被降解時，一方面加快了煤的降解速率，另一方面，煤與生物質之間的相互促進協同作用可增加生物甲烷產量。此外，東亞和東南亞地區存在大量且容易獲得的稻草，若將稻草作為一種外部碳源和培養基一起注入到低階煤儲層或采空區中，不僅促進了生物甲烷生成，還解決了稻草難處理的問題，這是一種雙贏的生物產氣模式。

1.4 不同預處理技術的增產效果比較

表2 為煤層氣生物工程中涉及的有關預處理技術的處理方式、實驗條件和作用效果，并將表中不同預處理技術條件下生物甲烷生成效率進行對比(圖1)。由圖1 可知，不同預處理技術對生物甲烷的產量均起到促進作用，其中，菌群優化與改良技術增產效果最高。在實驗室內按原位地層水的化學和微生物成分配制的改良培養基配方，該條件下的生物甲烷產量達1 315.0 μmol/g，是原培養基配方下生物甲烷產量的24.3 倍。此外，在培養基中加入乙醇可改變發酵液的菌群結構，其產氣量是對照組(不加乙醇)的5 倍。這兩種處理方式應用前景較好，前者增產生物甲烷潛力巨大，后者便于操作。由此可見，因地制宜地優化培養基配方不僅可以增產生物甲烷，也可以在工程實踐中降低培養基成本，使其商業價值最大化。

圖1 煤層氣生物工程關鍵預處理技術增產效果比較Fig.1 Comparison of stimulation effect of pretreatment key technologies for coalbed gas bioengineering

表2 煤層氣生物工程預處理技術實驗條件與作用效果Table 2 Experimental conditions and effects of different pretreatment technologies for coalbed gas bioengineering

在煤的溶解與氧化技術方面，堿以及氧化預處理煤后的生物甲烷產量均有不同程度的增加，增量在17.6%～25.0%，而硝酸預處理后可以增產259.8%，但是考慮到酸堿等物質對地下水環境影響以及煤破壞程度，這方面的實際工程應用價值還有待深入研究。而Sc-CO2處理后的煤樣品，其生物甲烷產率提高了148.1%～733.3%。在生物刺激與協同技術方面，生物質與煤協同降解的生物甲烷產率提高了89.5%～620.5%，雖然其對生物甲烷的促產作用要低于Sc-CO2預處理效果，但是如果能夠將秸稈充填于煤礦采空區與地下殘余煤進行協同降解的商業化開發模式，不僅增加了生物甲烷的產量和生物氣資源量，還可以最大程度地減少煤炭資源的浪費。

2 不同預處理技術的作用機制

2.1 菌群優化與改良

菌群優化與改良的作用機制是通過改變菌群中優勢菌的群落結構和增加菌群豐度進而實現增產目的(圖2)。前者作用方式包括外加誘導條件或使用化學誘變試劑來改變優勢菌的群落結構，后者主要通過添加多源復合物質或者通過對微生物群落的基因機理研究，應用不同配方的培養基對不同菌群進行數量擴增，在尋找廉價、高產培養基的同時實現生物甲烷的增產。

圖2 菌群優化與改良作用下甲烷生成機制Fig.2 Mechanism of methane generation based on microflora optimization and improvement

2.2 煤的溶解與氧化作用機制

煤經過酸、堿和氧化劑預處理后，煤中部分小分子有機質發生脫落，其表面主要含氧官能團(羥基、羧基、羰基和醚鍵等)會發生變化，碳層面定向排列的程度降低，煤的孔徑和比表面積發生變化，產生能夠驅動微生物產生甲烷的化合物，從而使微生物發酵過程中煤的活躍性增強。從生物學角度看，為了使甲烷產量大幅度提升，需要將煤有效地降解為小分子有機酸類、醇類、糖類等化合物[53-54]。微波、電場、Sc-CO2萃取等外界條件是目前常用的破壞煤分子結構的方式。微波作用會選擇性加熱煤中的極性分子，如水分子和黃鐵礦具有較高介電常數，進而使得煤不均勻膨脹和產生熱量(圖3a)。在外加電場作用下，微生物的降解作用可破壞煤的含氧官能團和脂肪組分，含氧官能團中的醚氧鍵和羧基、羰基大幅度降低(圖3b)。Sc-CO2萃取煤可以減弱煤分子間作用力并且破壞非共價鍵，使小分子化合物從煤大分子結構中脫離(圖3c)。

圖3 煤溶解作用下甲烷生成機制Fig.3 Mechanism of methane generation under the action of coal dissolution (a.Under microwave irradiation;b.Under the action of electric field;c.By Sc-CO2 extraction)

紅外光譜、紫外光譜和氣相色譜-質譜的譜圖分析顯示，經微生物溶煤作用后的液體產物中烴類、酯類、醇類和醛、酮、醚類化合物含量降低，酸類化合物含量升高[1]；殘煤中芳香族化合物減少，低分子量化合物、不飽和化合物增加，說明原煤中的芳香族類物質被部分溶解為其他小分子量物質[5]。經酸堿預處理和微生物降解產氣后的煤分子排列結構和基團含量變化更大，羥基或氨基、羧酸或羧酸鹽的伸縮振動都有所增強，這些變化使得煤大分子結構更易被降解，生物甲烷產量更高。酸處理減少煤中礦物種類，酶的作用位點增加，微生物更容易降解煤中纖維素和木質素(圖4a)。堿處理能較好地降低煤的結晶度，使煤大分子的芳香碳層片間距增大，堆砌度和芳香層數減小(圖4b)。氧化法是通過不同氧化試劑處理煤，預處理后煤中的芳香結構被氧化，芳香單元被裂解，揮發性脂肪酸和溶解總有機碳的含量增加[6](圖4c)。

圖4 煤氧化作用下甲烷生成機制Fig.4 Mechanism of methane generation under the action of coal oxidation (a.Acid treatment;b.Alkali treatment;c.Oxidizer treatment)

2.3 生物刺激與協同作用機制

在生物刺激技術作用過程中涉及Fe、Co、Ni、Zn、Mo、W 等微量元素對多種生物酶、輔酶的催化，機制復雜(圖5)[40]。其中，微量元素Fe、Ni 能夠合成和激活多種酶的活性，主要參與以乙酸、H2和CO2為底物的生物甲烷的生成，如乙酰輔酶A 合成酶、一氧化碳脫氫酶、F420氫化酶和甲酰基甲基呋喃脫氫酶等。不同的是，一氧化碳脫氫酶是一種含有Fe、Co、Ni 和Mo 的金屬酶與催化物質氧化還原反應的酶[55]，甲酰基甲基呋喃脫氫酶催化CO2合成甲烷需要微量元素Fe、Ni、Mo、W 的參與[56]。以甲基化合物為底物的生物甲烷的生成需要甲基轉移酶和甲基輔酶的共同參與，在甲基轉移酶的催化下，此過程需要Co 和Zn 參與[57]，甲基輔酶還原酶是一種含有Ni 的酶，可以催化甲基輔酶生成甲烷[58-59]。根據產甲烷菌對微量元素的營養需求順序，當Co 的含量不足時，Ni 就不能表現為激活作用，因此，不同微量元素之間存在協同作用。

參與木質素降解活性的真菌酶系統包括苯酚氧化酶(漆酶)、過氧化物酶(錳過氧化物酶、木質素過氧化物酶等)、過氧化氫生成酶、水解酶，特別是酯酶，這些酶可以打破煤結構中的酯鍵，從而起到增溶作用[60]，煤生物氣化時的中間化合物被轉化為多芳烴、長鏈脂肪酸和中鏈脂肪酸等物質[61]。而微量元素恰恰是維持厭氧微生物生長代謝和厭氧發酵酶系統活性的重要組成成分，鐵、鎳微量元素通過影響細菌分泌的纖維素酶活性，影響煤中纖維素類木質素消耗量，鐵、鈷、鎳等微量元素能夠促進產甲烷菌的生長[62]和激活酶活性(如輔酶F430、輔酶F420和氫化酶)，進而加快甲烷的生物合成，其不僅能夠提高揮發性脂肪酸轉化效率[37]，有利于產甲烷菌對乙酸的利用，消除揮發性脂肪酸的累積現象，提高甲烷產氣量，而且能夠拮抗鈉、氨、氮等離子的抑制作用，進一步維持厭氧發酵的穩定運行。

秸稈、稻草等生物協同作用主要是生物質中的小分子物質更容易被微生物降解利用，而降解生物質產生的有機物使得菌群快速生長，從而促進了微生物降解煤，同時增加了菌群與煤的接觸面積，這些生物質原料和煤共同被微生物降解后，煤的結構破壞程度更大，他們之間存在明顯相互促進的協同作用，由此可見，生物質協同作用的甲烷增產潛力巨大(圖6)。

圖6 生物質協同作用下甲烷生成機制Fig.6 Mechanism of methane generation based on biological synergy

3 問題與展望

實施煤層氣生物工程不僅可以提高煤層氣單井產能，還可以改善煤儲層孔隙結構，增加煤層滲透性，有利于煤層氣開采。然而，目前關于煤層氣生物工程預處理技術研究還主要停留在實驗階段，有關這方面的中試試驗和現場應用研究還較少；在菌群優化與改良技術方面，主要是關注培養基成本、產氣效率和影響因素，沒有考慮煤層原位水文地質條件(pH 值、微量元素含量、礦化度等)與試劑級和工業級培養基配方的產氣差異，也沒有深入到關鍵生物酶的基因重組、純化表達與分子改造等微觀層面；在煤的溶解與氧化技術方面；除了超臨界二氧化碳萃取作用下煤的生物甲烷產率增幅較高，其他技術方法(電場、酸、堿、氧化)對生物甲烷增產效果普遍較低，而且在試驗過程中使用的化學試劑會對煤層地下水造成環境污染和水資源浪費，危害礦區生態環境綠色發展，且化學試劑的地下強化效果與增產的時效性有待驗證；生物刺激與協同技術相比于前兩種技術，具有較高的生物甲烷增產效果，且環境污染小，是未來工程應用和技術推廣的重要方向之一。

近年來，煤層氣生物工程作為涉及資源、環境和材料三大領域多學科交叉的新型交叉學科，在“四增一減”(增氣、增液、增解、增透、減排)方面已取得諸多研究成果，未來應重點在以下幾個方面開展研究：

(1) 在菌群優化與改良方面，將著重于高效適宜單一礦區的高產甲烷菌的選育和工程適用注入條件研究，培育出耐高溫、低溫、適應不同pH、Eh 以及不同煤階的菌種勢必具有很大的研究前景。開發適合于不同煤層氣井礦化度、地下水動力和原位煤層水微生物群落的營養培養基，將為探索鹽度、微量元素濃度對于產甲烷菌的影響具有重要意義。

(2) 在煤的溶解與氧化方面，選擇清潔、零污染的氧化劑對于煤層水環境的保護尤為重要，在外加電場、微波作用和超臨界二氧化碳萃取方面解決其工程實際應用環境和克服技術攻關具有很大的研究潛力。

(3) 在生物刺激與協同方面，添加不同微量元素、無機礦物等來刺激微生物體內生物酶活性可結合生物酶方面的研究，從酶作用機理方面研究完善產氣機理，而生物質協同可以將稻草、秸稈等生物質進行填充并促產生物甲烷，可以實現采空區礦化、低產井甲烷化的戰略目標。

(4) 煤層氣生物工程與二氧化碳驅替增產煤層氣相結合，能夠將注入煤層的二氧化碳轉化為甲烷而被再次利用，從而實現資源的循環利用。

(5) 將二氧化碳固化封存和碳達峰碳中和的遠景目標相結合。一方面可以將二氧化碳封存于廢棄礦區，固化采空區目的，還可以將二氧化碳與二氧化碳還原型產甲烷菌一起注入地下深部煤層，促進二氧化碳向甲烷轉化，從而實現更高、更快捷的“碳中和”目標和深部煤炭資源的高效利用，改善人類生存環境。

目前，中聯煤層氣國家工程研究中心、中石油天然氣股份有限公司華北油田分公司、中石油煤層氣有限責任公司等單位聯合北京大學、河南理工大學、西安科技大學等高校已開展以上相關的研究工作，該技術有望在我國低階煤地區率先實現技術突破，工業價值和市場前景好。隨著科技進步和技術發展，未來在經濟適用型培養基優化、環境友好型氧化劑選擇、二氧化碳生物封存與負碳技術等方面勢必會取得長足進步。

4 結 論

a.基于微生物與煤相互作用方式與特點，將煤層氣生物工程關鍵預處理技術分為菌群優化與改良、煤的溶解與氧化、生物刺激與協同3 大類，細菌與古菌群落結構的優化、改良培養基配方、生物溶煤、微波輔助熱解、超臨界二氧化碳萃取、外加電場、酸氧化、堿氧化、氧化劑氧化、光氧化、刺激生物酶活性、生物質協同作用12 小類。

b.對比不同預處理手段下的生物甲烷增產效果發現，不同煤預處理技術對于生物甲烷的產率均有增產效果，其中，菌群優化與改良對生物甲烷增產效果最高，平均增幅1 025.4%，該技術適用于煙煤儲層及微量元素充足條件。其次是煤的溶解與氧化技術，對生物甲烷的產率平均提高223.4%，該技術適用于高煤階煤儲層及低孔低滲條件。再次是生物刺激與協同技術，對生物甲烷的產率平均增幅為148.6%，該技術適用于褐煤儲層及胍膠壓裂條件。

c.菌群優化與改良技術作用機制是通過優化菌群結構與改良培養基，實現單一高產菌種的豐度增加或者菌群數量增大進而達到增產目的；煤的溶解與氧化技術作用機制主要是增加酶水解作用位點、減弱煤大分子間作用力、改變煤的含氧官能團數量、降低煤結晶度和破壞煤的芳香結構變為小分子物質或者化合物從而增加微生物的利用度，增加生物甲烷的產率；生物刺激與協同技術作用機制主要是改變培養基中微量元素的含量來刺激微生物體內各種生物酶的活性以及增加菌與煤的接觸面積，來實現生物甲烷的增產。

d.在目前倡導清潔能源發展和碳達峰碳中和目標背景下，煤層氣生物工程預處理技術將向地層水原位條件下工業級培養基配方改良、胍膠壓裂液生物質協同作用及超臨界二氧化碳萃取深層煤作用等方向發展。