微生物增产煤层气,被认为是具有应用前景的一种煤层气再生方式,可以有效缓解能源短缺。国内外研究者通过从微生物刺激、微生物强化、增加煤溶解度和生物利用率等方面来增产煤层气,特别是在添加营养物质刺激微生物复苏和生长,更是成为研究的热点。煤地质微生物处在一种较为恶劣和缺乏营养的环境下,处于不活泼的状态,需要某些环境的刺激,才能更好地进行代谢活动。乙醇作为一种绿色、环保、廉价的有机物,逐渐被用于微生物增产煤层气的研究中。国内外研究者通过添加乙醇来刺激微生物活性,发现可以增加甲烷产量,但是在产气过程中,煤地质相关微生物菌群的结构与多样性与乙醇之间的关系还尚不清楚。本研究以内蒙古锡林浩特市神华胜利煤田的褐煤为研究对象,以山西寺河矿区121煤层气井中的产出水样富集驯化后的培养液为接种源,进行了为期90 d的异源异位产气实验。为了探索乙醇对产气的影响,向厌氧瓶中添加了不同含量的乙醇(0.5%、1%、2%)。在产气过程中,定期对厌氧瓶中顶空气体进行气体成分测定,对发酵前后的煤样进行理化性质分析,同时,根据高通量测序、PCR-DGGE、实时定量PCR等分子生态学方法分析产气过程中微生物菌群的变化。产气结果显示,添加1%乙醇产气效果最好,为44.86 mL/g。煤的理化性质分析显示,与原煤样相比,经气体发酵后,煤的结构发生了变化,挥发分、固定碳增多,有新的基团产生,表明厌氧发酵对煤结构有影响,但添加乙醇与否对煤结构影响不大,乙醇的添加增加了煤的生物可利用度。微生物菌群结构分析显示,整个产气过程中,主要参与的细菌菌群有变形杆菌属(Proteus)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、屠场杆状菌属(Macellibacteroides)、梭状芽胞杆菌属(Paraclostridium)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter),还有少量的肠球菌属(Enterococcus)以及Tyzzerella;乙醇的添加对细菌菌群影响不大,但古菌菌群则明显受乙醇的影响,不添加乙醇时,随着发酵时间的延长,甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)逐渐增多,添加乙醇的实验组中则是甲烷杆菌属(Methanobacterium)明显增加,可见乙醇的加入导致了本实验中甲烷产气类型的改变,由混合型和乙酸营养型的产气类型改变为氢营养型的产气类型。菌群数量分析显示,在短期发酵时间内,不论是细菌还是古菌,菌群数量之间不存在明显差异(P>0.05),随着发酵时间的延长,添加乙醇的实验组与对照组菌群数量之间存在明显的差异(P<0.05)。综上所述,本研究明确了乙醇可以通过刺激微生物增产煤层气,并且其添加导致了甲烷产气类型的改变,同时导致微生物的菌群数量明显增加,并且,其作用的发挥还受发酵时间的影响。乙醇廉价无毒,可以投入到大规模的生产实践中,利用乙醇增产煤层气具有一定的可行性和经济效益,同时,为乙醇刺激微生物增产煤层气的机理研究提供初步的依据。