煤炭生物气化培养基优化研究

任恒星，王江泽

(1.易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司，山西 太原 030000； 2.煤与煤层气共采国家重点实验室，山西 晋城 048000)

煤炭生物气化培养基优化研究

任恒星1,2，王江泽1,2

(1.易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司，山西 太原 030000； 2.煤与煤层气共采国家重点实验室，山西 晋城 048000)

本文使用正交实验的方法，优化了煤炭生物气化的培养基配方，确定N系为控制产气结果的关键因素，应精确控制添加量，优化后的配方为N系40mL/L，BR系20mL/L，SL系40mL/L，BE系1g/L.

次生生物气；本源菌；培养基优化

使用生物化学的方法，将地下煤转化为煤层气，是一种很有潜力的开发新能源的方法，对于缓解能源紧张有重要意义。目前，国外的生物产气研究主要集中于本源菌上。Fallgren等研究了不同成熟度煤的产甲烷水平，发现产甲烷量与煤挥发分含量相关[1].Senthamaraikkannan等开发了含有生物气的煤层气井的产气模型[2]. 国内很多学者致力于次生生物气的研究。王爱宽等研究了产甲烷菌的培育和产气特性[3,4]. 苏现波等[5-10]对盐度、pH对低阶煤生物甲烷产生的影响进行研究发现，盐度、pH是影响CH4生成的重要因素，并且温度、氧化还原电位等理化条件均会影响产气过程使用培养基激活煤层本源微生物，可以提高煤层含气量，进一步提升煤层气井产量。宋金星等则研究了煤中显微组分对产甲烷的影响，发现富镜质组的煤产甲烷较高[11]. 目前，对于促进煤层本源菌生长的培养基的研究还很少。本研究利用沁水盆地赵庄煤为样品，综合使用实验室积累的营养液配方，采用正交实验的方法，对煤层生物产气培养基进行优化研究，为后期研究和应用打下基础。

1 材料和方法

1.1 煤样来源和分析

煤样采自赵庄矿，实验时粉碎至直径约1cm块状。煤样送实验室检测室做工业分析，分析结果见表1.

表1 赵庄煤样工业分析结果表

1.2 培养基组分

培养基由4个部分组成，分别是N系、BR系、SL系以及BE系。

1.3 实验设置

使用500mL厌氧瓶作为容器，每系分别设置3个加入量水平，3个平行样，每个实验加煤样40g，试验中N系、BR系、SL系分别按要求配置成标准液，根据实验要求直接使用，BE为干燥粉状，按照要求称量加入，总培养基置入量250mL，实验周期45天。因素水平表见表2. 正交设计表见表3.

表2 因素水平表

表3 正交设计表

1.4 厌氧条件的保证

所有操作均在厌氧箱中完成，煤样和培养基添加完成后用氮气扫吹后密封。置于35 ℃恒温培养。

1.5 气体测试方法

采用安捷伦7890A气相色谱仪对产生的气体进行甲烷含量分析。色谱柱为AgilentCarbonplot(60m*320μm*1.5μm)，载气为N2.填充柱进样口温度150 ℃，隔垫吹扫流量3mL/min，进样量500μL，柱箱温度25 ℃，保持7.5min；TCD检测器，检测器温度200 ℃，参比流量40mL/min，尾吹流量8mL/min.

2 结果与讨论

产生的甲烷浓度测试结果见表4.

表4 产气甲烷浓度表

采用SPSS对数据进行分析，结果见表5.

表5 方差分析表

由分析结果看出，N系对甲烷终浓度影响显著，SL次之，NR、BE对结果影响不显著,因此实验中要严格控制N和SL系添加量，最佳组合为：N系40ml/L，BR系20ml/L，SL系40ml/L，BE系1g/L.

3 结 论

使用4因素3水平正交实验的方法，对培养基不同组分N系、BR系、SL系以及BE系对产气的影响大小进行了考察，SPSS软件分析结果表明N系和SL系对产气的影响显著，使用时应严格控制用量，NR系和BE系对产气的影响不显著，可根据具体实验要求决定添加量。确定的最优培养基配方为N系40mL/L，BR系20mL/L，SL系40mL/L，BE系1g/L，其中N系和SL系应精确称量。最优培养基配方的确定为后期的产气实验打下了坚实的基础。

[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] 王爱宽，秦 勇,林玉成,等.褐煤中天然产甲烷菌富集培养与生物气产出模拟[J].高校地质学报,2010,16(1):80-85.

[4] 王爱宽，秦 勇.褐煤本源菌在煤层生物气生成中的微生物学特征[J].中国矿业大学学报,2011,40(6):888-893.

[5] 苏现波，徐 影，吴 昱，等.盐度、pH对低煤阶煤层生物甲烷生成的影响[J].煤炭学报,2011,36(8):1302-1306.

[6] 苏现波，吴 昱，夏大平，等.煤制生物甲烷实验方案设计及优选[J].天然气工业，2013，33(5):132-136.

[7] 苏现波，吴 昱，夏大平，等.温度对低煤阶煤生物甲烷生成的影响[J].煤田地质与勘探,2012,40(5):24-26.

[8] 夏大平,陈 鑫,苏现波，等.氧化还原电位对低煤阶煤生物甲烷生成的影响[J].天然气工业,2012,32(11):107-110.

[9] 苏现波,吴 昱,夏大平，等.瘦煤制取生物甲烷过程模拟实验研究[J].煤炭学报,2013,38(6):1055-1059.

[10] 苏现波,陈 鑫,夏大平，等.煤发酵制生物氢和甲烷的模拟实验[J].天然气工业,2014,34(5):179-185.

[11] 宋金星，郭红玉，陈山来，等.煤中显微组分对生物甲烷代谢的控制效应[J].天然气工业,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，山西晋城人，2011年毕业于中国矿业大学，助理工程师，主要从事煤炭生物产气研究

(E-mail)18235687170@163.com

TD

B

1672-0652(2016)10-0011-02