Fe2+、Ni2+及络合物对煤制生物甲烷的影响及动力学研究

厌氧发酵产甲烷过程及结果与微量元素及络合物的存在密切相关,为了研究Fe~(2+)、Ni~(2+)及络合物对煤制生物甲烷生成的影响以及产气过程中参数的变化,采用对比和放大试验的方法,以义马煤矿低煤阶煤为研究对象,矿井水作为菌种源,设置4种不同的方案,分别记录其产气数据和COD,并利用改进的Gompertz模型对各试验方案的产甲烷及降解过程进行模拟。试验结果表明:对比试验中加有15 mg/L的Fe~(2+)和0.005 mg/L的Ni~(2+)对生物产甲烷具有促进作用,有利于提高煤生物制甲烷的产量以及对有机质的降解,在上述试验基础上再加入5 mg/L的EDTA可以更好地促进产气,并使底物降解率更高,而放大试验的产气效果和底物降解率均要优于小样试验;改进的Gompertz模型对各试验方案的产甲烷及降解过程模拟结果得出,在加有Fe~(2+)、Ni~(2+)和EDTA的小样试验中,其产甲烷潜势(24.344 59 mL/g)、最大比产甲烷率(0.765 24 mL/(g·d))、底物降解率(4 535 mg/L)及最大底物降解速率(197.8 mg/(L·d))等参数都是最优的,且放大试验的以上参数均要优于小样试验。对各试验方案建立了相应的动力学方程,用数理统计方法对其进行检验,得出所建立的回归方程是可靠且高度显著的。该试验及其动力学研究有助于了解微量元素及络合物对煤制生物甲烷的影响,并有助于对产气过程中的各参数变化有进一步的认识,为煤制生物甲烷工程化提供一定的试验基础。