煤炭生物氣化培養(yǎng)基優(yōu)化研究

任恒星，王江澤

(1.易安藍焰煤與煤層氣共采技術(shù)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(yǎng)基優(yōu)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(shù)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(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

使用生物化學的方法，將地下煤轉(zhuǎn)化為煤層氣，是一種很有潛力的開發(fā)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(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等開發(fā)了含有生物氣的煤層氣井的產(chǎn)氣模型[2]. 國內(nèi)很多學者致力于次生生物氣的研究。王愛寬等研究了產(chǎn)甲烷菌的培育和產(chǎn)氣特性[3,4]. 蘇現(xiàn)波等[5-10]對鹽度、pH對低階煤生物甲烷產(chǎn)生的影響進行研究發(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影響產(chǎn)氣過程使用培養(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，對于促進煤層本源菌生長的培養(yǎng)基的研究還很少。本研究利用沁水盆地趙莊煤為樣品，綜合使用實驗室積累的營養(yǎng)液配方，采用正交實驗的方法，對煤層生物產(chǎn)氣培養(yǎng)基進行優(yōu)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(yè)分析，分析結(jié)果見表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(jù)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(yǎng)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(yǎng)基添加完成后用氮氣掃吹后密封。置于35 ℃恒溫培養(yǎng)。

1.5 氣體測試方法

采用安捷倫7890A氣相色譜儀對產(chǎn)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(jié)果與討論

產(chǎn)生的甲烷濃度測試結(jié)果見表4.

表4 產(chǎn)氣甲烷濃度表

采用SPSS對數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果見表5.

表5 方差分析表

由分析結(jié)果看出，N系對甲烷終濃度影響顯著，SL次之，NR、BE對結(jié)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(jié) 論

使用4因素3水平正交實驗的方法，對培養(yǎng)基不同組分N系、BR系、SL系以及BE系對產(chǎn)氣的影響大小進行了考察，SPSS軟件分析結(jié)果表明N系和SL系對產(chǎn)氣的影響顯著，使用時應嚴格控制用量，NR系和BE系對產(chǎn)氣的影響不顯著，可根據(jù)具體實驗要求決定添加量。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系應精確稱量。最優(yōu)培養(yǎng)基配方的確定為后期的產(chǎn)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(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(yè)大學學報,2011,40(6):888-893.

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

[7] 蘇現(xiàn)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(zhì)與勘探,2012,40(5):24-26.

[8] 夏大平,陳 鑫,蘇現(xiàn)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(yè),2012,32(11):107-110.

[9] 蘇現(xiàn)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(xiàn)波,陳 鑫,夏大平，等.煤發(fā)酵制生物氫和甲烷的模擬實驗[J].天然氣工業(yè),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(yè),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(yè)于中國礦業(yè)大學，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