不同煤階煤制生物甲烷的代謝功能差異性研究

侯 彪，王子升，周藝璇，楊偉強，王銀偉

(1.河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454000；2.國家能源投資集團 神東技術研究院，陜西 神木 719315)

0 引 言

厭氧消化最早是在生物有機體的自然生理過程中引入的，現已被戰略性地應用于煤層生物氣資源的開采與利用。研究表明，煤的生物利用度可能會限制生物氣生成的速率和產量[1-2]。因此，目前大部分研究主要集中在如何增加煤的溶解性以及解聚性。然而，煤層生物氣生成的主要條件不僅包括底物煤，還存在較復雜的生物化學反應，即水解、酸化、產酸和產甲烷等決定性步驟[3]。根據條件的不同，每個步驟都有可能成為限制生物氣生成速率和產量的關鍵[4]。例如，產酸細菌與水解部分有關，可作用于聚合物(主要是多糖和蛋白質)產生短鏈脂肪酸(如乙酸、丁酸)，使這些小分子酸類物質用于由產甲烷古菌驅動下的進一步甲烷的生成[5]。值得注意的是，任何上述成分或者含量發生變化都會導致厭氧消化過程出現差異。

據統計，大多數煤制生物甲烷的研究主要集中于煤的固體結構及液相產物變化對最終甲烷生成的影響[6-9]。然而，厭氧微生物中的功能基因和一些相關酶的表達對底物(即碳水化合物、蛋白質等)代謝以及最終生物甲烷的生成至關重要[10-11]。而現階段關于這一主題的研究內容很少。盡管對于煤階與微生物群落結構和分布特征之間的相關性已得到初步證實[12]。但轉化過程中功能性酶的基因表達和甲烷產量之間的聯系仍然不清楚。……