夏大平 黃 松 張懷文

1.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 2.河南理工大學(xué)瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地3.中原經(jīng)濟(jì)區(qū)煤層（頁(yè)巖）氣協(xié)同創(chuàng)新中心

0 引言

在對(duì)新能源的探索中，氫能因其易燃、高效、熱值高等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注[1-3]，而生物制氫技術(shù)因?yàn)榉磻?yīng)條件溫和且耗能少，被公認(rèn)為是一種最有前途的方法[4-5]。生物質(zhì)暗發(fā)酵產(chǎn)氫不僅可以處理有機(jī)廢物，同時(shí)可以獲得清潔能源，實(shí)現(xiàn)了廢棄物資源化利用[6-9]。

煤制生物氫技術(shù)是利用礦井水中的混合菌群對(duì)煤炭進(jìn)行暗發(fā)酵產(chǎn)氫，較之于利用純菌種進(jìn)行生物制氫，可減少菌種分離、DNA鑒定和擴(kuò)大培養(yǎng)等一系列繁雜的技術(shù)和設(shè)備，在節(jié)約生產(chǎn)成本的同時(shí)，還提高了制氫工藝的可操作性，從技術(shù)層面更有利于工業(yè)化生產(chǎn)[10]。蘇現(xiàn)波等通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室模擬微生物發(fā)酵產(chǎn)氣的過(guò)程，證實(shí)了煤在適宜條件下可以被微生物降解轉(zhuǎn)化成H2和CH4[11]，同時(shí)微生物的活動(dòng)能使煤的滲透性增強(qiáng)[12]，更有利于發(fā)酵液與發(fā)酵底物接觸。夏大平等[13-15]利用葡萄糖用量、pH值、煤的用量及Fe2+濃度對(duì)產(chǎn)氫進(jìn)行正交優(yōu)化，從而確定了煤發(fā)酵產(chǎn)氫條件。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的研究主要致力于提高產(chǎn)氫效率上，而對(duì)煤發(fā)酵產(chǎn)氫過(guò)程中液相中間產(chǎn)物內(nèi)有機(jī)物的變化及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系卻鮮有研究，而液相產(chǎn)物的種類和濃度不僅關(guān)系到煤轉(zhuǎn)化成生物氫的效率，還是研究煤制生物氫生成機(jī)理的重要組成部分。

有學(xué)者[16-18]對(duì)發(fā)酵底物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)中低階煤由于其生物可利用性較強(qiáng)，在發(fā)酵產(chǎn)氫或產(chǎn)甲烷過(guò)程均效果顯著。鑒于此，筆者采用陜西省大柳塔褐煤作為發(fā)酵底物，在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬發(fā)酵產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）測(cè)試煤發(fā)酵產(chǎn)氫過(guò)程第1、3、6、9天的液相中間產(chǎn)物，以期為認(rèn)識(shí)產(chǎn)氫過(guò)程液相有機(jī)物的變化和相互轉(zhuǎn)化規(guī)律提供一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

1.1.1 煤樣及菌種來(lái)源

煤樣取自大柳塔褐煤，采樣時(shí)取煤層開(kāi)采處新鮮煤樣。實(shí)驗(yàn)前將煤樣破碎，篩選60～80目的粒度，滅菌處理后在真空干燥箱內(nèi)80 ℃干燥24 h，放入干燥器內(nèi)密封保存?zhèn)溆谩Ｈ〔糠置簶舆M(jìn)行工業(yè)分析測(cè)試，煤樣的工業(yè)分析參照標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1030-2006，其結(jié)果為：Mad=7.86%；Aad=10.90%；Vdaf=41.30%。菌種源自河南焦煤能源有限公司古漢山礦深層礦井水，取回后置于4 ℃實(shí)驗(yàn)室冰箱內(nèi)密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.1.2 培養(yǎng)基的制備

實(shí)驗(yàn)所用培養(yǎng)基是依據(jù)本文參考文獻(xiàn)[19—21]所述產(chǎn)氫培養(yǎng)基，結(jié)合自身煤富集和厭氧產(chǎn)氫發(fā)酵過(guò)程，進(jìn)行優(yōu)選后確定的增產(chǎn)培養(yǎng)基。

產(chǎn)氫培養(yǎng)基組成（以1 000 mL為例）：NH4Cl，1.0 g；MgCl2·6H2O，0.1 g；K2HPO4·3H2O，0.4 g；NaCl，2.0 g；NaHCO3，2.0 g；胰化酪蛋白，1.0 g；酵母膏，1.0 g；葡萄糖，10.0 g；乙二胺四乙酸二鈉，2.0 g；微量元素液，10 mL；復(fù)合維生素溶液，10 mL。

其中微量元素液組成：氨基三乙酸，1.50 g；MnSO4·2H2O，0.50 g；MgSO4·7H2O，3.00 g；FeSO4·7H2O，0.10 g；NaCl，1.00 g；CoCl2·6H2O，0.10 g；CaCl2·2H2O，0.10 g；CuSO4·5H2O，0.01 g；ZnSO4·7H2O，0.10 g；H3BO3，0.01 g；KAl (SO4)2，0.01 g；NiCl·6H2O，0.02 g；NaMoO4，0.01 g；蒸餾水 1 000 mL。

復(fù)合維生素溶液組成：生物素，2 mg；葉酸，2 mg；B6，10 mg；B2，5 mg；B1，5 mg；煙 酸，5 mg；泛酸鈣，5 mg；B12，0.1 g；對(duì)氨基苯甲酸，5 mg；硫辛酸，5 mg；蒸餾水，1 000 mL。

將以上培養(yǎng)基加入到1 000 mL錐形瓶中，用10%的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至7.0，再經(jīng)高溫滅菌鍋滅菌后，加入0.5 g L-半胱氨酸鹽酸鹽及1 000 mL古漢山礦礦井水。充分混合并搖勻，充入氮?dú)猓圃鞜o(wú)氧環(huán)境，密封，制備成產(chǎn)氫菌液。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器包括：粉碎機(jī)、電子天平、HVE-50高壓滅菌鍋（日本Hirayama公司）、氮?dú)馄?、干燥箱、DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱、馬福爐、高速離心機(jī)、減壓蒸餾裝置、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)

將1 000 mL密封好的產(chǎn)氫菌液放入35 ℃恒溫培養(yǎng)箱，富集4 d菌種，之后將產(chǎn)氫菌液平均分裝在5個(gè)250 mL的錐形瓶?jī)?nèi)，并將20 g處理好的原煤加入錐形瓶中，充入氮?dú)饷芊?，在無(wú)菌厭氧環(huán)境下連接產(chǎn)氣模擬裝置（圖1），連接完成后再次放入35 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，當(dāng)無(wú)明顯產(chǎn)氣發(fā)生后結(jié)束產(chǎn)氫過(guò)程。在產(chǎn)氫過(guò)程中每隔1 d輕晃一次產(chǎn)氣瓶，以保證產(chǎn)氫過(guò)程的高效進(jìn)行。煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的氣相產(chǎn)物每日測(cè)試1回?？紤]到單日液相中間產(chǎn)物的變化不是很明顯，所以分別在第1、3、6、9天取樣測(cè)試。

1.2.2 萃取實(shí)驗(yàn)

將200 mL生物產(chǎn)氫發(fā)酵液平均分裝在4支離心管中離心，離心結(jié)束后過(guò)濾發(fā)酵液，將濾液加入到125 mL的分液漏斗中，加入HCl，使pH值小于2。稱取10 g NaCl（在馬福爐550 ℃干燥4 h，放置干燥箱中備用）加入到分液漏斗中，攪拌使其充分溶解。吸取10 mL二氯甲烷加入到分液漏斗中，在常溫下萃取10 min，然后收集分液漏斗下層有機(jī)相，重復(fù)上述操作2次，合并3次的萃取液，然后氮吹濃縮至干，加入2 mL二氯甲烷（CH2Cl2）溶解，過(guò)無(wú)水Na2SO4小柱干燥，供GC-MS分析。

1.2.3 GC-MS實(shí)驗(yàn)

GC-MS由安捷倫7890A型氣相色譜儀與5795C質(zhì)譜儀組成，色譜柱為VF-WAXms（30 m×250 μm×0.25 μm），采用程序升溫：起始溫度80 ℃（保持5 min）后以3 ℃/min升溫至200 ℃，再以2 ℃/min升至300 ℃（保持10 min），汽化室溫度300 ℃。質(zhì)譜參數(shù)電子能量70 eV、離子源溫度230 ℃、接口溫度230 ℃，檢測(cè)方式：全掃描方式，質(zhì)量范圍40～500 amu（amu為atomic mass unit的縮寫(xiě)，表示原子質(zhì)量單位）。

小分子揮發(fā)性脂肪酸也采用安捷倫7890A型氣相色譜儀進(jìn)行檢測(cè)，利用TCD檢測(cè)器并配備Agilent CarbonPlot型色譜柱。利用氣相色譜柱對(duì)注入液體進(jìn)行分離，載氣攜帶待測(cè)液體進(jìn)入氫火焰離子化檢測(cè)器的噴嘴口，并在色譜儀的含氧空氣中灼燒，然后依次電離為正負(fù)離子，在離子室內(nèi)形成的離子流被收集后，放大為電信號(hào)并經(jīng)記錄儀記錄，微機(jī)處理，與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，得出樣品中各種組分的濃度。

2 結(jié)果和分析

2.1 產(chǎn)氫結(jié)果

大柳塔褐煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的單日產(chǎn)氫量、累計(jì)產(chǎn)氫量以及氫氣濃度如圖2所示，單日產(chǎn)氫量分別在第4天和第7天達(dá)到產(chǎn)氣高峰，累計(jì)產(chǎn)氫量最終達(dá)到78 mL，氫氣的最終產(chǎn)率為3.9 mL/g。氫氣濃度呈現(xiàn)與產(chǎn)氣量相近的變化趨勢(shì)，在第6天濃度達(dá)到17.8%的峰值，當(dāng)產(chǎn)氣結(jié)束后，氫氣濃度降至7%。

2.2 液相產(chǎn)物分析結(jié)果

分別對(duì)大柳塔褐煤厭氧發(fā)酵第1、3、6、9天的發(fā)酵液進(jìn)行萃取和GC-MS測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3-a為第1天煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫液相產(chǎn)物GC-MS測(cè)試結(jié)果，所測(cè)出的成分主要包括芳香小分子酸類（苯乙酸，苯丙酸），酚類（對(duì)甲基苯酚，2,4-二叔丁基苯酚），脂肪酸類（棕櫚酸），芥酸酰胺和2-吲哚酮以及一些復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)[Cyclo(leucylprolyl)和鄰苯二甲酸二異辛酯等]。

圖3-b為第3天煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫液相產(chǎn)物GC-MS測(cè)試結(jié)果，檢測(cè)到的化學(xué)物質(zhì)主要包括芳香小分子酸類（苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸）、酚類（對(duì)甲基苯酚和2,4-二叔丁基苯酚）、脂類（鄰苯二甲酸二異丁酯），正構(gòu)烷烴（從正二十一烷到正三十三烷）、大分子酸以及一些化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)[1,3-惡唑和Cyclo(leucylprolyl) 等 ]。

圖3-c為第6天煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫液相產(chǎn)物GC-MS測(cè)試結(jié)果，所檢測(cè)出的化學(xué)物質(zhì)包含芳香小分子酸類（苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸）、酚類（對(duì)甲基苯酚，2,4-二叔丁基苯酚）、脂肪酸類（辛酸，棕櫚酸），烷烴，油脂，酰胺（芥酸酰胺，戊內(nèi)酰胺）、酮類以及一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)[Cyclo(leucylprolyl)和鄰苯二甲酸二異辛酯等]。

圖3 -d為第9天煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫液相產(chǎn)物GC-MS測(cè)試結(jié)果，所檢測(cè)出的化學(xué)物質(zhì)包含芳香小分子酸類（苯乙酸、3-苯丙酸）、酚類（對(duì)甲基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚）、脂肪酸類（辛酸、棕櫚酸）、烷烴、酰胺（戊內(nèi)酰胺、芥酸酰胺）、酮類以及一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)（桔利酮、2,6,10,15-四甲基十七烷等）。

對(duì)以上4組GC-MS測(cè)試圖的物質(zhì)含量進(jìn)行分析（表1），當(dāng)物質(zhì)含量較低，幾乎可以忽略時(shí)，用特殊符號(hào)※標(biāo)記。由表1可以看出，對(duì)甲基苯酚、苯乙酸、苯丙酸和芥酸酰胺在第1～3天時(shí)百分含量降低。原因在于煤發(fā)酵產(chǎn)氫初期發(fā)生水解作用，通過(guò)水解發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌等多種厭氧菌分泌胞外酶，催化復(fù)雜有機(jī)質(zhì)水解成乙酸、CO2、長(zhǎng)鏈脂肪酸、甘油、NH4+等小分子物質(zhì)，導(dǎo)致百分含量的降低。在第3～6天時(shí)，煤中可利用的小分子化合物較少，大分子化合物開(kāi)始被微生物分解，百分含量出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。但隨著液相中的物質(zhì)不斷的被利用，煤中有機(jī)質(zhì)的分解速度降低，所以在第6～9天時(shí)百分含量又有所降低。

根據(jù)氣相色譜儀檢測(cè)出的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比得出的小分子揮發(fā)性脂肪酸的物質(zhì)累積量（表2），其中甲酸、乙酸、丙酸均呈現(xiàn)逐漸積累的趨勢(shì)，而丁酸例外，丁酸在產(chǎn)氫末期部分被利用，導(dǎo)致其含量減少。其中，乙酸的物質(zhì)累積量最大，為0.29 mmol/L，其次是丁酸、丙酸，甲酸的物質(zhì)累積量最少。

2.3 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)對(duì)第1、3、6、9天這4組數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，并歸類進(jìn)行半定量分析，得出幾類主要物質(zhì)的變化趨勢(shì)（圖4）以及這些物質(zhì)的變化規(guī)律。

2.3.1 飽和烷烴及環(huán)烴類

在所有物質(zhì)中，對(duì)比變化最明顯的是正構(gòu)烷烴，在第1～3天，從正二十一烷到正三十三烷百分含量都有所增加，主要原因是水解作用下，煤結(jié)構(gòu)中的烷基側(cè)鏈被打斷。在第3～6天，所有檢測(cè)到的正構(gòu)烷烴的含量開(kāi)始減少，說(shuō)明正構(gòu)烷烴已經(jīng)開(kāi)始被微生物降解。在第6～9天，正構(gòu)烷烴的數(shù)量又出現(xiàn)增長(zhǎng)，或許是微生物分解烷烴的速率小于煤中大分子物質(zhì)被降解的速率。同時(shí)，在第6～9天出現(xiàn)了很多異構(gòu)烷烴（2,6,11-三甲基十二烷、2,6,10-三甲基十五烷、2,6,10,15-四甲基十七烷、6-丙基十三烷和植烷），這些異構(gòu)烷烴可能由煤中大分子分解斷裂形成。

表1 第1、3、6、9 天測(cè)試的物質(zhì)百分含量對(duì)比表

表2 第1、3、6、9天小分子揮發(fā)性脂肪酸物質(zhì)累積量表

圖4 產(chǎn)氫過(guò)程主要大類物質(zhì)百分含量變化趨勢(shì)圖

長(zhǎng)鏈脂肪烴及環(huán)烴在第1天基本未檢出，而后呈現(xiàn)出先增后減再增的趨勢(shì)，這主要是由于長(zhǎng)鏈飽和脂肪烴及環(huán)烴類物質(zhì)存在于煤的大分子結(jié)構(gòu)和低分子化合物，呈現(xiàn)先增加的趨勢(shì)是由于在剛開(kāi)始反應(yīng)的第1～3天內(nèi)，煤中小分子物質(zhì)與大分子之間結(jié)合的EDA鍵中部分活潑的氫鍵及化學(xué)鍵斷裂，小分子中的烷烴類物質(zhì)溶出，因此含量增加；之后在產(chǎn)氫高峰期被生物酶利用，發(fā)生羧化反應(yīng)進(jìn)一步生成脂肪酸，因此在第3～6天內(nèi)含量減少；但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，煤的三維大分子結(jié)構(gòu)部分被木質(zhì)素分解菌及纖維素菌利用，導(dǎo)致大分子上的橋鍵及活潑官能團(tuán)被破壞，因而到產(chǎn)氫末期，烷烴類物質(zhì)出現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

2.3.2 酸類

液相產(chǎn)物中所檢測(cè)出來(lái)的酸類主要包含小分子揮發(fā)性脂肪酸和芳香酸，還有少量的棕櫚酸和辛酸。棕櫚酸的含量在第3～6天有微弱的減少，原因是棕櫚酸會(huì)被發(fā)酵細(xì)菌利用，從而分解成更為簡(jiǎn)單的產(chǎn)物。辛酸的出現(xiàn)一部分來(lái)源于長(zhǎng)鏈脂肪酸的分解，另一部分則來(lái)源于煤中大分子鏈的斷開(kāi)。在產(chǎn)氫過(guò)程中，酸的主要來(lái)源包含2個(gè)部分，一部分來(lái)自于煤中低分子化合物，因?yàn)榈头肿踊衔锉旧砭秃猩倭康乃犷愇镔|(zhì)，但這一部分含量較少；另一部分來(lái)自于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)酸階段，在這一階段，部分脂肪烴類及芳香烴類物質(zhì)被產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、發(fā)酵菌等當(dāng)作有機(jī)碳源加以利用，代謝產(chǎn)物就是脂肪酸及芳香酸類物質(zhì)。而這些菌屬于兼性菌類，體內(nèi)可同時(shí)發(fā)生氧化還原2種反應(yīng)。

芳香小分子酸在產(chǎn)氫過(guò)程中發(fā)生的增加、減少、再增加、再減少的震蕩式變化過(guò)程，對(duì)應(yīng)小分子物質(zhì)釋放、微生物利用、烴類氧化及大分子再被降解這一系列生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程（圖5）。小分子揮發(fā)性脂肪酸含量雖少，但卻在產(chǎn)氫過(guò)程中逐漸積累（圖6）。原因在于產(chǎn)氫初期的水解階段，復(fù)雜有機(jī)質(zhì)被分解為乙酸等小分子酸，使其含量增加；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌開(kāi)始降解小分子化合物，降解產(chǎn)物主要是乙酸和丁酸，故而乙酸和丁酸的相對(duì)含量較高；而在產(chǎn)氫末期，丁酸被消耗，可能的原因是丁酸被分解為乙酸或丙酸，這和乙酸、丙酸的累積量升高有關(guān)。同時(shí)，脂類、醛類、酮類物質(zhì)含量的減少，也是造成小分子脂肪酸含量升高的原因。

2.3.3 多肽及氨基酸類物質(zhì)

圖5 芳香酸類物質(zhì)百分含量變化情況圖

圖6 小分子揮發(fā)性脂肪酸類物質(zhì)累積量變化情況圖

氨基酸類物質(zhì)最早來(lái)自于成煤植物過(guò)程中的蛋白質(zhì)類物質(zhì)，如戊內(nèi)酰胺。在成煤過(guò)程中，蛋白質(zhì)是比較容易被分解的活潑有機(jī)物，在泥炭化作用的早期氧化階段，蛋白質(zhì)在各種蛋白酶的作用下分解為NH3、CO2等氣體而逸散，當(dāng)未完全分解的蛋白質(zhì)進(jìn)入還原層以后，就會(huì)被保留下來(lái)繼而轉(zhuǎn)化為煤的組成部分。在產(chǎn)氫過(guò)程中，氨基酸類物質(zhì)變化情況是在第1～3天先減少，而后在第3～6天再增加，產(chǎn)氫末期又減少（圖7）。其原因在于，蛋白質(zhì)類物質(zhì)活潑且易被利用，因此在產(chǎn)氫初期就能被許多兼性菌攝取，所以物質(zhì)含量先減少；而隨著反應(yīng)的進(jìn)行，在產(chǎn)酸階段時(shí)，更多的酰胺鍵斷裂生成氨基酸等物質(zhì)，導(dǎo)致其含量增加；最后由于厭氧氨氧化菌的作用促使其進(jìn)一步分解導(dǎo)致物質(zhì)含量減少。

圖7 氨基酸類物質(zhì)百分含量變化情況圖

2.3.4 脂類化合物

大部分脂類化合物在成煤過(guò)程中能夠完整地保存下來(lái)，甚至在顯微鏡下也能夠明顯觀察，但在液相代謝產(chǎn)物中無(wú)法檢測(cè)出。而本實(shí)驗(yàn)檢測(cè)出的甘油和甘油酯屬于脂類化合物中較容易被利用的成分，其變化情況如圖8所示。在產(chǎn)氫初期所檢測(cè)出的甘油及甘油酯含量很低，近乎為0；產(chǎn)氫高峰期，煤中的大分子結(jié)構(gòu)開(kāi)始分解產(chǎn)生甘油和甘油酯，導(dǎo)致百分含量不斷升高；在產(chǎn)氫末期，在發(fā)酵細(xì)菌的作用下，甘油和甘油酯被利用產(chǎn)生酸類物質(zhì)，其百分含量降低。

圖8 脂類化合物百分含量變化情況圖

2.3.5 少量醛、酮類物質(zhì)

在烴類物質(zhì)的不完全氧化反應(yīng)中，有部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化成了中間過(guò)程產(chǎn)物醛類及酮類物質(zhì)，而最終轉(zhuǎn)化為酸。產(chǎn)氫過(guò)程屬于產(chǎn)甲烷的前提階段，其最終代謝產(chǎn)物主要是小分子酸類物質(zhì)，因而在產(chǎn)氫階段結(jié)束后反應(yīng)液的pH值會(huì)明顯下降，而此時(shí)的酸類物質(zhì)也為后續(xù)乙酸發(fā)酵產(chǎn)甲烷過(guò)程提供了有效利用體。

3 結(jié)論

1）褐煤厭氧發(fā)酵過(guò)程中液相產(chǎn)物的變化規(guī)律和氣相產(chǎn)物氫氣的變化相對(duì)應(yīng)。在產(chǎn)氫初期，產(chǎn)氫菌無(wú)法直接利用大分子物質(zhì)，所以產(chǎn)氫量較少，在發(fā)酵菌、水解菌等微生物的作用下，煤中復(fù)雜有機(jī)質(zhì)被轉(zhuǎn)化為相對(duì)簡(jiǎn)單的烷烴類、小分子揮發(fā)性脂肪酸等物質(zhì)；在產(chǎn)氫高峰期，氫氣的產(chǎn)生和酸類物質(zhì)有直接的關(guān)系，在生物酶的催化作用下直鏈烷烴發(fā)生羧化反應(yīng)進(jìn)一步生成脂肪酸，導(dǎo)致烷烴減少，酸類物質(zhì)增加，從而使產(chǎn)氫量到達(dá)一定的峰值；在產(chǎn)氫末期，在產(chǎn)酸菌的進(jìn)一步作用下，降解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，揮發(fā)性脂肪酸含量增加較多，導(dǎo)致培養(yǎng)環(huán)境pH值過(guò)酸化，產(chǎn)氫菌活性降低，產(chǎn)氫速率受到抑制，氫氣的產(chǎn)量下降。

2）小分子揮發(fā)性脂肪酸在產(chǎn)氫過(guò)程中逐漸積累，芳香小分子酸在產(chǎn)氫過(guò)程中發(fā)生的增加、減少、再增加、再減少的震蕩式變化過(guò)程，分別對(duì)應(yīng)小分子物質(zhì)釋放、微生物利用、烴類氧化及大分子再被降解這一系列生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。液相產(chǎn)物中檢測(cè)出的脂類、醛類、酮類物質(zhì)是產(chǎn)酸的母源物質(zhì)，其變化量與酸類增長(zhǎng)具有一定關(guān)聯(lián)。

3）通過(guò)對(duì)褐煤厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫液相中間產(chǎn)物及相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，不僅有助于對(duì)發(fā)酵過(guò)程中液相中間產(chǎn)物進(jìn)行全方面的了解，而且還揭示了產(chǎn)氫過(guò)程氣—液兩相之間相互對(duì)應(yīng)的生物化學(xué)效應(yīng)，同時(shí)對(duì)深化煤發(fā)酵產(chǎn)氫機(jī)理具有長(zhǎng)久而深遠(yuǎn)的意義。