一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法技术

本发明专利技术属于煤层气增产技术领域，具体涉及一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法。本发明专利技术通过采集煤层中产煤层气微生物菌群的异位富集培养，生物煤层气生成中期或后期补加营养物质增加煤层气产量。本发明专利技术选择营养物质或菌群的变化作为营养物质添加的时机点，具有非常强的针对性。与利用煤层本源菌直接产甲烷相比，本发明专利技术通过补料发酵提高生物煤层气的产量具有产气量高，产气时间延长的优点。

A method to improve the production of bio coal bed methane by Fed fermentation

【技术实现步骤摘要】
一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法
本专利技术属于煤层气增产
，具体涉及一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法。
技术介绍
煤层气(CBM)是一种赋存在煤层中的甲烷气体，与燃烧煤相比，燃烧煤层气仅释放一半的CO2，CO和NOx的排放量减少80％。作为一种清洁能源，煤层气已经引起许多国家的关注和重视。我们国家由于天然气含量较少，因而作为天然气的替代能源，煤层气的开采显得尤为重要。过去的三十年累积的地质数据表明，生物成因气是煤层气的重要来源。从煤中生成二次生物成因气，通常发生在温度低于100℃的浅层，这是煤炭煤化后微生物群落活动的结果。但是，生物生成煤层气过程缓慢，导致其应用收到了制约。因而，如何提高微生物产煤层气的效率是目前需要解决的问题。煤在某些条件下，可以在微生物的降解过程中产生新的甲烷。由于煤是一种非常复杂的杂环大分子，因此需要多种煤层微生物共同作用逐步降解，最后产生煤层气，基于此，目前普遍采用微生物厌氧降解煤的方法，结合产甲烷菌厌氧产甲烷的特性，以实现微生物增产煤层气。如CN201210035682.0公开了一种利用外源微生物增产煤层气的方法，具体为利用外源菌激活煤层中的本源菌，降解煤表面有机质生成甲烷；CN201610710769.1公开了一种利用本源菌提高煤层气产量的方法；CN201710721266.9公开了一种利用本源真菌提高生物煤层气产量的方法。
技术实现思路
针对上述问题本专利技术提供了一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法。为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法，包括以下步骤：步骤1，采集多口煤层气井的煤粉和煤层出水样，充氮气以隔绝氧气并以铝箔纸包裹备用；步骤2，将采集的煤粉和煤层出水样加入富集培养基中，驯化，培养，筛选单位质量煤粉产煤层气最高的菌群作为生物煤层气生产的菌源；步骤3，将步骤2中筛选好的菌群以体积比为10％的比例加入900mL的产煤层气培养基中发酵，当生物煤层气发酵液中氮含量或磷含量降低至基础水平的氮含量或磷含量或者消耗完毕，或者产甲烷古菌含量降低时，加入0.05～0.2％w/w的营养物质进行煤层气的生物生产；步骤4，对采集的煤粉和煤层出水样和步骤2中的菌群，提取微生物DNA，以PCR-DGGE方法进行微生物菌群结构分析。进一步，所述步骤2中富集培养基以5％的煤粉做唯一的碳源、0.2％的氮源、0.4％的磷和钾以及1％的微量元素溶液构成。再进一步，所述煤粉为无烟煤、烟煤或褐煤中的任意一种；煤粉的颗粒度为60～160目，且需干燥6个月；所述的氮源为有机氮源或无机氮源；所述的有机氮源为酵母粉、蛋白胨、大豆水解物或玉米浆干粉中的任意一种；所述的无机氮源为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵或磷酸氢胺中的任意一种；所述磷和钾为磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或硝酸钾中的任意一种。再进一步，所述微量元素由氮三乙酸1.5g、CaCl20.1g、MgSO4·7H2O3.0g、H3BO30.05g、FeSO40.1g、NaCl1.0g、CoCl20.1g、MnSO40.5g、ZnSO40.1g、NaMO40.05g、A1K(SO4)20.01g、NiCl20.1g、CuSO40.01g组成。进一步，所述步骤3中所述产煤层气培养基为：1L去离子水中加入酵母抽提物0.5g、K2HPO42.9g、KH2PO41.5g、NH4Cl1.8g、MgCl20.4g、半胱氨酸3g、0.2％刃天青2mL、微量元素溶液10mL，pH＝7.0。进一步，所述步骤3中基础水平的氮含量或磷含量：氮含量指煤层氨基、硝基和亚硝基盐含量，磷含量指煤层磷酸盐含量。进一步，所述产甲烷古菌为Methanosarcina，Methanobacterium或Methanoculleus。进一步，所述步骤3中产甲烷古菌含量降低为在一个产期周期中，甲烷古菌的含量是先增加后降低，含量降低是与最高含量相比。进一步，所述步骤3中营养物质为有机氮、无机氮、无机磷中的一种或是其中两种包括氮源和磷源；所述有机氮为酵母粉、蛋白胨、大豆水解物或玉米浆干粉中的任意一种；所述无机氮为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵或磷酸氢胺中的任意一种；所述无机磷为磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或硝酸钾中的任意一种。进一步，所述步骤4中PCR-DGGE方法为，电泳分析时，引入有物种标准的PCR-DGGE分析法。与现有技术相比本专利技术具有以下优点：煤地质微生物处在一种较为恶劣环境下，呈现出一种不活泼的状态，需要受到某些外界的刺激，才能更好的进行代谢活动。就生物煤层气生产本身而言，该过程是一种混合菌发酵产甲烷的过程，相比较而言，碳源也就是煤是过量的，而其它营养物质，如氮源、磷、钾等则不足，因此需要及时补充，才利于微生物的生长，然而补料的选择时机非常关键，早或晚，以及不充的量都对生长及产气有较大的影响。本专利技术选择营养物质或菌群的变化作为添加的时机点，具有非常强的针对性。与利用煤层本源菌直接产甲烷相比，本专利技术通过补料发酵提高生物煤层气的产量具有产气量高，产气时间延长的优点。附图说明图1为本专利技术实验条件下补充硝酸后，煤层微生物产煤层气的情况图。具体实施方式实施例1在厌氧手套箱中，将50mL煤层产出水样和2g煤样加入到500mL厌氧瓶中，加入200mL的灭菌富集培养基，再加入终浓度为0.04％的通氮气的L-半胱氨酸及20g褐煤煤粉，轻轻混匀，迅速密封厌氧瓶，并于25℃条件下静置培养。期间每周用无菌注射器从厌氧瓶瓶顶插入进行气体的自动收集，收集到的气体取0.5mL进行气相色谱分析，并计算甲烷生成的相对含量。(富集培养筛选菌群)富集培养基1L去离子水中加入酵母抽提物2g、K2HPO42.9g、KH2PO41.5g、NH4Cl1.8g、MgCl20.4g、半胱氨酸3g、刃天青(0.2％)2mL、微量元素溶液10mL，pH＝7.0，维生素溶液5ml。微量元素溶液配方为：氮三乙酸1.5g、CaCl20.1g、MgSO4·7H2O3.0g、H3BO30.05g、FeSO40.1g、NaCl1.0g、CoCl20.1g、MnSO40.5g、ZnSO40.1g、NaMO40.05g、A1K(SO4)20.01g、NiCl20.1g、CuSO40.01g。1L维生素溶液包括：生物素2mg，叶酸2mg，B610mg，B25mg，B15mg，烟酸5mg，B120.1mg，硫辛酸5mg，对氨基苯甲酸5mg。实施例2向1L厌氧瓶中加入25g褐煤煤粉、350mL产期培养基及0.408mg刃天青，1×105Pa灭菌30min。在厌氧手套箱内向1L厌氧瓶中加入800μL无菌的20％L-半胱氨酸，然后向厌氧瓶中持续通入高纯N2，至培养基颜色近无色。在厌氧手套箱中，在上述1L厌氧瓶中接入例1培养液50mL。密封各产气实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1，采集多口煤层气井的煤粉和煤层出水样，充氮气以隔绝氧气并以铝箔纸包裹备用；/n步骤2，将采集的煤粉和煤层出水样加入富集培养基中，驯化，培养，筛选单位质量煤粉产煤层气最高的菌群作为生物煤层气生产的菌源；/n步骤3，将步骤2中筛选好的菌群以体积比为10％的比例加入900mL的产煤层气培养基中发酵，当生物煤层气发酵液中氮含量或磷含量降低至基础水平的氮含量或磷含量或者消耗完毕，或者产甲烷古菌含量降低时，加入0.05～0.2％w/w的营养物质进行煤层气的生物生产；/n步骤4，对采集的煤粉和煤层出水样和步骤2中的菌群，提取微生物DNA，以PCR-DGGE方法进行微生物菌群结构分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，采集多口煤层气井的煤粉和煤层出水样，充氮气以隔绝氧气并以铝箔纸包裹备用；
步骤2，将采集的煤粉和煤层出水样加入富集培养基中，驯化，培养，筛选单位质量煤粉产煤层气最高的菌群作为生物煤层气生产的菌源；
步骤3，将步骤2中筛选好的菌群以体积比为10％的比例加入900mL的产煤层气培养基中发酵，当生物煤层气发酵液中氮含量或磷含量降低至基础水平的氮含量或磷含量或者消耗完毕，或者产甲烷古菌含量降低时，加入0.05～0.2％w/w的营养物质进行煤层气的生物生产；
步骤4，对采集的煤粉和煤层出水样和步骤2中的菌群，提取微生物DNA，以PCR-DGGE方法进行微生物菌群结构分析。


2.根据权利要求1所述的一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法，其特征在于：所述步骤2中富集培养基以5％的煤粉做唯一的碳源、0.2％的氮源、0.4％的磷和钾以及1％的微量元素溶液构成。


3.根据权利要求2所述的一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法，其特征在于：所述煤粉为无烟煤、烟煤或褐煤中的任意一种；煤粉的颗粒度为60～160目，且需干燥6个月；
所述的氮源为有机氮源或无机氮源；
所述的有机氮源为酵母粉、蛋白胨、大豆水解物或玉米浆干粉中的任意一种；
所述的无机氮源为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵或磷酸氢胺中的任意一种；
所述磷和钾为磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或硝酸钾中的任意一种。


4.根据权利要求2所述的一种补料发酵提高生物煤层气产量的方法，其特征在于：所述微量元素由氮三乙酸1.5g、CaCl20.1g、MgSO4·7H2O3.0g、H3BO30.05g、FeSO40.1g、NaCl1.0g、CoCl20.1g、MnSO40.5g、ZnSO40.1g...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀清，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14