煤田地质与勘探

作者：简阔, 傅雪海, 刘明杰, 刘健, 李晋, 茹忠亮, 吉小峰, 王强,

关键词：煤微生物转化, 甲烷, 低压环境, CO₂和H₂, 微生物群落, 孔隙结构,

目的和方法为探索低压环境下CO2生物甲烷化和煤炭微生物降解气化特征，选取低阶烟煤(Rmax=0.67%)作为发酵底物，利用CO2和H2营造低压氛围，开展为期96 d的微生物发酵产气实验。借助气相色谱、16S rRNA基因测序和低温液氮吸附测试分析生物气产出−微生物群落−煤结构内在变化规律。结果和结论结果表明：(1) 相比于常规发酵，注入低压CO2对CH4的产出有抑制作用，CH4产出效率呈现降低现象，H2注入后很快被转化利用，H2体积分数快速降低，促进了CH4的产出，同时也改变了生物气产出方式，对发酵液中微生物群落结构也产生了深刻影响，表现为细菌中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度的降低和拟杆菌门(Bacteroidota)相对丰度的升高，尤其是拟杆菌门中S50_wastewater_sludge_group菌属始终为优势菌属，它与unclassified_W27菌属均呈现上升趋势，分析原因为后期H2的注入，促进了它们的生长代谢。(2) 古菌在属水平分布中，甲烷杆菌属(Methanobacterium)所占比例最大(47.66%~83.05%)，其次是甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷囊菌属(Methanoculleus)；得益于可以同时利用H2+CO2和乙酸等底物，Methanosarcina相对丰度增大趋势显著；而Methanoculleus是通过氢营养途径进行甲烷的合成，后期缺乏H2，其丰度也快速减小。(3) 相比于原煤，低压CO2的注入导致煤吸附能力的减弱，总孔容和比表面积的减小；随着低压CO2注入越多，分形维数D1和D2分别出现了增大和减小趋势，煤中孔隙表面粗糙程度增加，孔隙结构复杂程度或均质化程度减小，考虑与微生物降解和碳酸盐沉淀形成的双重作用有关。研究结果丰富了煤炭生物降解与CO2生物转化利用基础理论，尤其为煤层中CO2生物转化埋存技术贡献一定的理论依据。

来源：2024年第12期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

查看煤田地质与勘探杂志2024年第12期