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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
煤与玉米秸秆联合发酵伴随底物与菌群代谢变化特征
  • 77
  • 作者

    徐强郭红玉张洺潞白秀佳赵岳

  • 单位

    中国煤炭地质总局勘查研究总院中国煤炭地质局煤系矿产资源综合勘查与评价重点实验室河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心

  • 摘要
    在煤的厌氧发酵系统中加入秸秆能够显著提高煤制生物甲烷产气量,但联合发酵伴随的底物与菌群代谢的变化规律却鲜有研究。本文进行不同煤阶煤与玉米秸秆联合发酵生物产气实验,基于16S rRNA测试探讨菌群代谢特征,采用SEM测试分析煤与玉米秸秆的微生物附着特征,XPS测试煤的表面元素赋存形态变化特征。结果表明,瘦煤、弱粘煤和焦煤与玉米秸秆最佳比例为2:1、2:1、3:1,相应的甲烷产量分别为17.28、12.51和14.88 mL/g,不同煤阶煤与秸秆联合发酵的促进效果依次为瘦煤>焦煤>弱黏煤。菌群鉴定揭示了混合发酵体系中Sphaerochaeta和Proteiniphilum为优势细菌属,分别占35.95%和24.36%,而优势古菌属为Methanosarcina、Methanobacterium和Methanoculleus,分别占比达到49.71%、31.83%和9.87%。瘦煤与焦煤和弱粘煤相比,联合发酵液中代谢糖类物质的细菌属及古菌属和基因功能占据优势,而这与甲烷产气规律趋于一致。不同混合底物发酵时,随着煤阶的升高,煤表面的菌群附着量逐渐减少,而玉米秸秆表面始终附着大量菌群,表明玉米秸秆始终具有降解优势。联合发酵后焦煤和弱黏煤表面C元素相对含量相比于瘦煤减少更加明显,而含氧有机碳(C-O、C=O和O-C=O)的总相对含量明显升高,表明联合发酵能够促进菌群生长代谢,使得更多有机碳转化为生物甲烷,研究结果查明了不同煤阶煤与玉米秸秆联合发酵在微观层面上的作用效果,对于揭示煤与玉米秸秆联合发酵内在机制具有参考意义。
  • 关键词

    生物甲烷联合发酵官能团菌群结构代谢特征

  • 文章目录
    0引言
    1实验材料与方法
    1.1样品制备
    1.2菌种驯化方案
    1.3生物产气模拟实验
    1.4菌群附着状态
    1.5表面元素赋存形态测试
    1.6微生物结构功能测试
    2结果与讨论
    2.1生物产气特征分析
    2.2微生物群落结构分析
    2.2.1细菌结构分析
    2.2.2古菌结构分析
    2.3基因功能分析
    2.4菌群附着特征
    2.5煤表面元素含量及化学赋存状态变化特征
    3结论
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