[发明专利]一种用于稳定煤体生物气化的煤层产甲烷菌群平衡人工控制技术

说明书

一种用于稳定煤体生物气化的煤层产甲烷菌群平衡人工控制技术，属于清洁能源与煤炭生物开采技术领域。煤体生物气化过程中稳定微生物对煤体的降解作用是推动该技术大范围推广与应用的重要先决条件。本发明借助营养供给与控制因子相结合的方法，实现煤层微生物群平衡的动态调整。该技术具有以下特点：1）控制方法具备远程控制特征；2）控制过程具备可逆特性；3）技术实施成本低廉，符合产业化条件。利用本专利技术，能够使产甲烷菌群在地下煤层中长期处于稳定状态。该技术还具有控制煤体生物气化速率的软减缓与软加速能力。

技术领域

一种用于稳定煤体生物气化的煤层产甲烷菌群平衡人工控制技术，属于清洁能源与煤炭生物开采技术领域。

背景技术

煤体生物降解与生物气化是一种经济效益高、稳定性好、具有可持续性的一种煤体生物法开采技术。煤体生物气化过程是由多种微生物相互作用，将煤中有机物逐级降解，最终生成甲烷的过程。煤体生物气化的效率与产甲烷菌群的平衡度有直接关系。

微生物在煤层中的代谢过程是以煤中有机质为碳源，其他元素部分需要由外部引入。煤层中各种元素营养的含量将直接作用于微生物群。不同微生物具有不同的营养需求特性与最佳环境条件。因此通过改变生物气化区域营养结构以及控制因子浓度，能够控制产甲烷菌群的平衡特征，从而实现煤层产甲烷菌群平衡的人工控制目的。

发明内容

本发明的目的：

本发明利用调节微生物活动空间的营养与控制因子含量，引导不同发酵特征的微生物群的代谢与繁殖速率。以此实现煤层产甲烷菌群的平衡特征。本发明主要服务于煤层生物气化技术，通过煤层产甲烷菌群平衡特征的控制，控制煤体生物气化速率，实现过程可控的目的。

技术方案：

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

首先将煤体产甲烷菌群的微生物按共生层级分为四大类：

第一类，初级降解微生物群：该微生物群直接以煤中有机质为营养源，终产物以大分子脂肪酸、或其他大分子有机质为主；

第二类，二级降解微生物群：该类微生物群的发酵位于初级降解微生物群与其他级别微生物群之间，该微生物群能够以大分子脂肪酸、或大分子有机质为营养源，终产物以脂肪酸或糖类物质为主；

第三类，三级降解微生物群：该类微生物群的发酵位于二级降解微生物群与产甲烷菌之间，该微生物群能够以脂肪酸或糖类物质为营养源，终产物以小分子酸或二氧化碳、氢气为主；

第四类，产甲烷菌：该类微生物群的发酵位于产甲烷微生物群的最末端，该微生物是完成煤到甲烷转化的最终环节，它只能以小分子酸或二氧化碳、氢气为营养源，完成生物生物甲烷的合成。

根据以上不同类微生物群在产甲烷菌群营养代谢链中的位置，以及营养需求与代谢产物特征，利用营养与控制因子可实现对不同类微生物代谢与繁殖速率的控制，最终实现煤层产甲烷菌群平衡的人工控制。具体控制技术方案如下：

技术方案遵循原则：

当判定一种微生物群繁殖速度迟缓于预期值，可通过增加该类微生物群营养，加速其代谢与繁殖速度；当判定该微生物群的发展以获得成功的提速，此时适当增加上一级微生物群的营养，并同时逐渐减少对该类微生物群的人工营养供给，使两类微生物群落间恢复稳定共生关系。

当判定一种微生物群繁殖速度高于预期值，则需要通过控制因子干扰该类微生物的代谢速度，从而降低它的繁殖速度。控制过程需要逐级进行，当该类微生物的繁殖速度出现下降，并接近于预期值50%时，需要及时对控制因子进行稀释，使该类微生物群的繁殖速度逐步恢复到正常水平。

技术方案：