微生物增产煤层气技术研究进展

微生物增产煤层气技术能够产生新的煤层气,有效缓解能源紧张问题,是煤层气开采、增产的研究热点。微生物增产煤层气技术的核心机理是煤的厌氧生物降解产甲烷。国内外研究学者通过实验室模拟研究了本源和外源微生物的降解煤产甲烷能力及影响因素。部分煤层气公司富集或分离获得了高效产甲烷菌群,并研究了微生物增产煤层气技术的现场实施方法。开发煤的预处理技术、构建新型高效菌群等可进一步提高微生物的增产煤层气能力,促进微生物增产煤层气技术的应用。

超临界CO_(2)萃取提高褐煤生物甲烷产气模拟实验

超临界CO_(2)(ScCO_(2))萃取可以减弱煤中有机物的分子间作用力,破坏非共价键,使小分子化合物从煤的大分子结构中脱离。因此,将ScCO_(2)萃取作为一种预处理手段来提高煤的生物可利用度,具有增产生物煤层气的潜能。以褐煤为研究对象,开展不同温压下ScCO_(2)萃取及生物降解产甲烷实验,明确萃余煤与萃取物的产甲烷效果、ScCO_(2)对褐煤的萃取能力及萃取物组成;通过与非超临界CO_(2)处理比较,结合萃余煤的二氯甲烷(DCM)二次萃取、低温液氮吸附实验,分析ScCO_(2)萃取增产生物煤层气的机理。结果显示,不同温压条件下的萃余煤生物甲烷产量均高于原煤,最佳产气的萃取条件为40℃-10 MPa,每克煤的最大甲烷产量为245.46μmol,高出原煤84.68%。萃取物含有微生物可利用有机物,厌氧降解实验证实了萃取物具有产甲烷能力。因此,ScCO_(2)萃取能够促进褐煤的微生物降解、提高生物甲烷产量。此外,非超临界CO_(2)处理后的残煤甲烷产量显著低于ScCO_(2)萃余煤,说明温压并不是刺激生物甲烷产生的主要因素,而ScCO_(2)对有机物的萃取作用是其关键。然而,ScCO_(2)的萃取率较低且DCM二次萃取后仍检测到丰富的生物可利用的有机物,表明有机成分经ScCO_(2)作用后仍大量残留于煤体。低温液氮吸附结果显示,萃余煤的总孔容和比表面积降低,孔隙结构分布发生变化,说明萃取物经ScCO_(2)携带发生运移、吸附,导致大部分有机物残留于煤中。以上研究结果表明,ScCO_(2)萃取作用于煤中有机组分,导致部分有机物与煤体分离;而大量生物可利用有机物在煤体中发生运移、重排,提高了残煤的生物有效性,从而提高生物甲烷产量。

NaOH预处理对无烟煤生物甲烷转化的影响

选用浓度为0.01、0.1、0.3 mol/L的NaOH溶液对无烟煤进行预处理,通过检测不同浓度NaOH预处理所得残煤、滤液及其混合物的生物甲烷产量,研究NaOH预处理对无烟煤生物甲烷转化的影响。结果显示,高浓度NaOH预处理可以显著提高固体煤的产气量;不同浓度处理后的滤液也有生物甲烷的产生,说明NaOH作用于煤结构,使小分子有机物溶出;煤与滤液产气之和显著大于混合条件下产气量,在工程实际运用中,可考虑先抽出煤层预处理后产生的液体,然后注入微生物以提高产气量。

复配高效菌群厌氧降解煤产甲烷实验研究

高效功能菌群是微生物增产煤层气技术的重要影响因素。通过复配降解芳香化合物的功能真菌菌群与降解煤产甲烷的真菌—产甲烷菌群,提高甲烷产量;分析菌群结构、中间产物和煤结构的演替规律,研究复配菌群降解褐煤产甲烷机理。研究结果表明:复配菌群能够厌氧降解褐煤,煤的甲烷产量为172μmol/g,是未复配的1.74倍,芳烃降解菌Cladosporium在第7天成为优势真菌属;具有较强环境适应性的Aspergillus、Penicillium等成为产气结束后的优势真菌,在第7天发酵液中检测到丰富的代谢中间产物脂肪酸和芳香酸,其占比在产气末期均下降50%以上;煤中芳香碳在降解后下降了12.27%,降解效果显著。研究结果为改善产甲烷菌群的煤降解能力,增强产甲烷效能提供了一种有效方法。