【目的】以不同密度等級(jí)大柳塔長(zhǎng)焰煤作為產(chǎn)氣底物,前期馴化培養(yǎng)厭氧菌群進(jìn)行生物模擬產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn),研究不同密度等級(jí)煤中的灰分和無機(jī)礦物對(duì)生物產(chǎn)氣的影響�！痉椒ā坷眯「〕翆⒋罅L(zhǎng)焰煤分成不同密度等級(jí)的煤樣,采用工業(yè)分析、XRD、XRF分析小浮沉處理得到煤樣的理化性質(zhì),利用這些煤樣進(jìn)行生物產(chǎn)氣模擬實(shí)驗(yàn),以甲烷產(chǎn)量作為評(píng)價(jià)指標(biāo),分析不同密度等級(jí)煤樣中灰分對(duì)產(chǎn)氣的影響。最后,通過添加幾種標(biāo)準(zhǔn)礦物方式比較了煤中無機(jī)礦物對(duì)生物產(chǎn)氣的可能影響�！窘Y(jié)果】不同密度等級(jí)煤樣中灰分對(duì)產(chǎn)氣量存在一般顯著影響（P=0.035）,且灰分與甲烷含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,其灰分中的無機(jī)礦物如高嶺土、菱鐵礦、氧化亞鐵鎂等的積累對(duì)產(chǎn)氣有抑制作用。不同礦物配比產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)證實(shí)低含量的粘土礦物促進(jìn)甲烷的生成,高含量的粘土礦物抑制產(chǎn)氣。【結(jié)論】不同密度等級(jí)煤中的灰分對(duì)生物產(chǎn)氣存在一般顯著的影響,高灰分煤的產(chǎn)氣量低,而低灰分煤的產(chǎn)氣量高。 

【文章來源】：微生物學(xué)報(bào). 2020,60(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

不同密度級(jí)煤樣的工業(yè)分析結(jié)果.

本實(shí)驗(yàn)以6組不同密度等級(jí)的煤樣分別作為底物進(jìn)行生物產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)，分別在第13天、第15天和第20天測(cè)定甲烷濃度。根據(jù)前人的研究經(jīng)驗(yàn)，一般情況下菌群接入10 d以后才能有甲烷開始產(chǎn)生，故從13 d開始測(cè)定甲烷產(chǎn)量，第15天和第20天測(cè)定甲烷含量時(shí)發(fā)現(xiàn)幾乎所有實(shí)驗(yàn)組后2次測(cè)定的產(chǎn)氣量均低于第13天測(cè)定的產(chǎn)氣量，且后2次測(cè)定的產(chǎn)氣量相差不大，故在第20天時(shí)結(jié)束產(chǎn)氣。甲烷的產(chǎn)量，3 d各組樣本的平均甲烷產(chǎn)量以及3 d總甲烷產(chǎn)量測(cè)定數(shù)據(jù)如圖3所示。根據(jù)圖3可知密度級(jí)為小于1.3 g/cm3的煤樣產(chǎn)甲烷量最高，其次為密度級(jí)在1.3–1.4 g/cm3和1.5–1.6 g/cm3的樣本，其余3個(gè)煤樣產(chǎn)甲烷量略低。結(jié)合XRF和XRD分析，密度小于1.3 g/cm3的煤樣其有機(jī)組分含量最高，易于被產(chǎn)氣菌群所利用的碳源也最多，這可能是其產(chǎn)氣量高的主要原因。另外，通過XRD與XRF的結(jié)果可知，高密度煤樣中無機(jī)礦物含量較高，其中Fe、Ca、Ti、Mg和K等金屬元素的含量也較高，且高密度級(jí)煤中Al元素含量極高，是煤中僅次于Si元素的第二大主要元素，然而，低密度級(jí)煤中并未檢測(cè)出Al元素，根據(jù)Liu等[30]的研究報(bào)告，以高嶺土為代表的粘土礦物會(huì)有效地抑制甲烷的生成，而其中的抑制作用主要?dú)w因于Al對(duì)產(chǎn)甲烷菌的毒性。Zhang等[31]的研究證明了Fe3+的添加會(huì)抑制厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷活性(52%–80%)。根據(jù)目前研究結(jié)果，推測(cè)灰分中可能存在某些抑制生物產(chǎn)氣的無機(jī)物，如粘土礦物和含鐵礦物周圍游離于反應(yīng)液中的Fe3+等，因此隨著煤樣密度級(jí)的增加，煤中灰分含量也在增加，生物甲烷的產(chǎn)生受到的抑制作用被加強(qiáng)，故密度級(jí)大于1.8 g/cm3的煤樣產(chǎn)氣量最低。

根據(jù)圖3可知密度級(jí)為小于1.3 g/cm3的煤樣產(chǎn)甲烷量最高，其次為密度級(jí)在1.3–1.4 g/cm3和1.5–1.6 g/cm3的樣本，其余3個(gè)煤樣產(chǎn)甲烷量略低。結(jié)合XRF和XRD分析，密度小于1.3 g/cm3的煤樣其有機(jī)組分含量最高，易于被產(chǎn)氣菌群所利用的碳源也最多，這可能是其產(chǎn)氣量高的主要原因。另外，通過XRD與XRF的結(jié)果可知，高密度煤樣中無機(jī)礦物含量較高，其中Fe、Ca、Ti、Mg和K等金屬元素的含量也較高，且高密度級(jí)煤中Al元素含量極高，是煤中僅次于Si元素的第二大主要元素，然而，低密度級(jí)煤中并未檢測(cè)出Al元素，根據(jù)Liu等[30]的研究報(bào)告，以高嶺土為代表的粘土礦物會(huì)有效地抑制甲烷的生成，而其中的抑制作用主要?dú)w因于Al對(duì)產(chǎn)甲烷菌的毒性。Zhang等[31]的研究證明了Fe3+的添加會(huì)抑制厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷活性(52%–80%)。根據(jù)目前研究結(jié)果，推測(cè)灰分中可能存在某些抑制生物產(chǎn)氣的無機(jī)物，如粘土礦物和含鐵礦物周圍游離于反應(yīng)液中的Fe3+等，因此隨著煤樣密度級(jí)的增加，煤中灰分含量也在增加，生物甲烷的產(chǎn)生受到的抑制作用被加強(qiáng)，故密度級(jí)大于1.8 g/cm3的煤樣產(chǎn)氣量最低。此外，產(chǎn)氣13 d、15 d和20 d的數(shù)據(jù)顯示，除密度級(jí)為1.4–1.5 g/cm3的煤樣外，其余五組煤樣產(chǎn)氣13 d時(shí)甲烷的含量最高。由此推測(cè)，用這批煤樣進(jìn)行的生物產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)，除密度級(jí)為1.4–1.5 g/cm3的煤樣外，其余煤樣的產(chǎn)氣高峰均出現(xiàn)在產(chǎn)氣13 d以前。根據(jù)王愛寬、趙娜等的研究報(bào)告，微生物利用褐煤產(chǎn)甲烷進(jìn)入第一個(gè)產(chǎn)氣高峰期的時(shí)間為20–28 d[32–33]。與其他研究人員的結(jié)果相比，本實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)氣高峰出現(xiàn)得較早，這種差異主要與不同的產(chǎn)氣煤樣與不同的菌群結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。此次研究所用的煤樣為經(jīng)過煤炭小浮沉實(shí)驗(yàn)后得到的不同灰分含量的煤樣，均研磨至0.5 mm以下，與趙娜的產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)所用的煤樣相比，此次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)氣所用的煤樣粒度更小，致使產(chǎn)氣過程中微生物更容易利用煤中的底物，這可能是產(chǎn)氣高峰提前的原因之一。由此可見，由于煤樣、產(chǎn)氣菌群、營(yíng)養(yǎng)液的不同，產(chǎn)氣高峰出現(xiàn)的時(shí)間段也不同。根據(jù)陳林勇[34]的研究結(jié)果，在煤生物成氣初期，營(yíng)養(yǎng)液及煤中的芳香環(huán)、雜環(huán)化合物和苯衍生物被溶解出來，在0–7 d內(nèi)被微生物降解為易揮發(fā)性脂肪酸等易于成氣的前體物質(zhì)參與成氣，這也較好解釋了第13天前出現(xiàn)的產(chǎn)氣高峰。另外，測(cè)試結(jié)果表明甲烷產(chǎn)量在13–18 d的變化不大，且甲烷含量較低，這可能是由于接種的產(chǎn)甲烷菌活性較低，導(dǎo)致本身甲烷的產(chǎn)量很少，也可能是煤樣經(jīng)過小浮沉處理后重液未清洗干凈，殘留的重液對(duì)產(chǎn)甲烷菌造成損傷，從而使其存活率降低或活性降低。參考產(chǎn)氣第15天測(cè)定的甲烷產(chǎn)量(μmol/g煤)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行后續(xù)的一系列相關(guān)性分析。

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本文編號(hào)：3109401