任恒星，王江澤

(1.易安藍(lán)焰煤與煤層氣共采技術(shù)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000； 2.煤與煤層氣共采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 晉城 048000)

煤炭生物氣化培養(yǎng)基優(yōu)化研究

任恒星1,2，王江澤1,2

(1.易安藍(lán)焰煤與煤層氣共采技術(shù)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000； 2.煤與煤層氣共采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 晉城 048000)

本文使用正交實(shí)驗(yàn)的方法，優(yōu)化了煤炭生物氣化的培養(yǎng)基配方，確定N系為控制產(chǎn)氣結(jié)果的關(guān)鍵因素，應(yīng)精確控制添加量，優(yōu)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(yǎng)基優(yōu)化

使用生物化學(xué)的方法，將地下煤轉(zhuǎn)化為煤層氣，是一種很有潛力的開(kāi)發(fā)新能源的方法，對(duì)于緩解能源緊張有重要意義。目前，國(guó)外的生物產(chǎn)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(chǎn)甲烷水平，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)甲烷量與煤揮發(fā)分含量相關(guān)[1].Senthamaraikkannan等開(kāi)發(fā)了含有生物氣的煤層氣井的產(chǎn)氣模型[2]. 國(guó)內(nèi)很多學(xué)者致力于次生生物氣的研究。王愛(ài)寬等研究了產(chǎn)甲烷菌的培育和產(chǎn)氣特性[3,4]. 蘇現(xiàn)波等[5-10]對(duì)鹽度、pH對(duì)低階煤生物甲烷產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，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(huì)影響產(chǎn)氣過(guò)程使用培養(yǎng)基激活煤層本源微生物，可以提高煤層含氣量，進(jìn)一步提升煤層氣井產(chǎn)量。宋金星等則研究了煤中顯微組分對(duì)產(chǎn)甲烷的影響，發(fā)現(xiàn)富鏡質(zhì)組的煤產(chǎn)甲烷較高[11]. 目前，對(duì)于促進(jìn)煤層本源菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)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(shí)驗(yàn)室積累的營(yíng)養(yǎng)液配方，采用正交實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)煤層生物產(chǎn)氣培養(yǎng)基進(jìn)行優(yōu)化研究，為后期研究和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 煤樣來(lái)源和分析

煤樣采自趙莊礦，實(shí)驗(yàn)時(shí)粉碎至直徑約1cm塊狀。煤樣送實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)室做工業(yè)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 趙莊煤樣工業(yè)分析結(jié)果表

1.2 培養(yǎng)基組分

培養(yǎng)基由4個(gè)部分組成，分別是N系、BR系、SL系以及BE系。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

使用500mL厭氧瓶作為容器，每系分別設(shè)置3個(gè)加入量水平，3個(gè)平行樣，每個(gè)實(shí)驗(yàn)加煤樣40g，試驗(yàn)中N系、BR系、SL系分別按要求配置成標(biāo)準(zhǔn)液，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求直接使用，BE為干燥粉狀，按照要求稱量加入，總培養(yǎng)基置入量250mL，實(shí)驗(yàn)周期45天。因素水平表見(jiàn)表2. 正交設(shè)計(jì)表見(jiàn)表3.

表2 因素水平表

表3 正交設(shè)計(jì)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(yǎng)基添加完成后用氮?dú)鈷叽岛竺芊?。置?5 ℃恒溫培養(yǎng)。

1.5 氣體測(cè)試方法

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

2 結(jié)果與討論

產(chǎn)生的甲烷濃度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4.

表4 產(chǎn)氣甲烷濃度表

采用SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表5.

表5 方差分析表

由分析結(jié)果看出，N系對(duì)甲烷終濃度影響顯著，SL次之，NR、BE對(duì)結(jié)果影響不顯著,因此實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)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(jié) 論

使用4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)培養(yǎng)基不同組分N系、BR系、SL系以及BE系對(duì)產(chǎn)氣的影響大小進(jìn)行了考察，SPSS軟件分析結(jié)果表明N系和SL系對(duì)產(chǎn)氣的影響顯著，使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制用量，NR系和BE系對(duì)產(chǎn)氣的影響不顯著，可根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)要求決定添加量。確定的最優(yōu)培養(yǎng)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(yīng)精確稱量。最優(yōu)培養(yǎng)基配方的確定為后期的產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[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(ài)寬，秦 勇,林玉成,等.褐煤中天然產(chǎn)甲烷菌富集培養(yǎng)與生物氣產(chǎn)出模擬[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào),2010,16(1):80-85.

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[5] 蘇現(xiàn)波，徐 影，吳 昱，等.鹽度、pH對(duì)低煤階煤層生物甲烷生成的影響[J].煤炭學(xué)報(bào),2011,36(8):1302-1306.

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

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[10] 蘇現(xiàn)波,陳 鑫,夏大平，等.煤發(fā)酵制生物氫和甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)[J].天然氣工業(yè),2014,34(5):179-185.

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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(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，主要從事煤炭生物產(chǎn)氣研究

(E-mail)18235687170@163.com

TD

B

1672-0652(2016)10-0011-02