黄铁矿对煤生物产气和微生物群落结构的影响

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作   者：

李啸宇;  何环;  张倩;  赵晗;  任恒星;  陈林勇;  朱术云;  徐智敏;  黄再兴; 

作者机构：

中国矿业大学化工学院煤炭加工与清洁利用教育部重点实验室;  中国矿业大学资源与地球科学学院;  山西晋城控股集团煤与煤层气共采国家重点实验室; 

关键词：

黄铁矿;  辅酶F_(420);  挥发性脂肪酸;  微生物群落结构;  煤生物产气; 

期刊名称：

微生物学报

i s s n：

0001-6209

年卷期：

2023 年 06 期

页   码：

2185-2203

摘   要：

【目的】研究煤中矿物质黄铁矿对生物产气的影响。【方法】本研究以陕西榆林煤作为生物产气底物，以实验室前期驯化的产甲烷微生物作为出发菌群，通过在厌氧体系中添加不同质量的黄铁矿进行煤生物模拟产气试验。利用气相色谱仪、液相色谱仪、酶标仪、傅里叶红外光谱仪和Illumina高通量测序平台研究产气过程中CH_4含量、总挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)浓度、辅酶F_(420)含量、产气前后煤中有机官能团和微生物群落结构的变化。【结果】添加适量黄铁矿在产气前期(15–22 d)能促进CH_4生成，而产气后期(29–50 d)会抑制产气，而且添加0.5%黄铁矿的在前中期的产气量比对照组高48.1%，累计产气量达到193.67 μmol/g-coal。生物产气实验组反应液中的VFAs和辅酶F_(420)浓度整体均高于对照组，说明添加黄铁矿促进了反应体系中产酸细菌和产甲烷菌的活性。添加黄铁矿后煤中的醇和酚羟基，–NH–和–NH_2更易被微生物利用。黄铁矿添加对细菌和古菌的群落多样性有影响，其中古菌影响较大。添加少量黄铁矿可以提升拟杆菌门(Bacteroidota)的群落丰度，而添加黄铁矿较多时可以提升细菌中的芽孢杆菌门(Bacillota)的群落丰度。黄铁矿对体系中的嗜蛋白菌属(Proteiniphilum)、硫还原菌属(Desulfurella)和JGI-0000079-D21细菌影响最为显著。添加黄铁矿后，古菌中的海拉古菌门(Halobacterota)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)丰度变化较大，黄铁矿对体系中的产甲烷古菌属Methanosarcina、Methanomassiliicoccus和Methanobacterium影响最为显著。【结论】添加少量黄铁矿会对煤的生物产气具有促进作用，同时会影响发酵过程中微生物群落的组成。