本發明專利技術記載了用于提高來自含碳物質的生物甲烷生產的營養組合物。所述營養組合物包含磷(P)源和氣態氮(N2)源。所述營養組合物優選基本上不含氣態氧和/或氣態NOx和/或SOx。在各個實施方案中，所述營養組合物可以包括可溶磷源(P)的溶液和氣態氮(N2)的兩相混合物。本發明專利技術還描述了用于提高來源于含碳物質的生物甲烷生產的方法。所述方法涉及將本發明專利技術的營養組合物分散遍及含碳物質一段時期，從而生物性產生甲烷，隨后從所述含碳物質中收集甲烷。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于提高來源于含碳物質的生物甲烷生產的營養組合物、方法和系 統。
技術介紹
甲烷與大多數煤炭儲量有關，其含量各不相同。可以在煤埋藏和成熟過程中生熱 產生形成，或者可以通過微生物的作用而生物產生。據認為細菌是煤的主要降解菌，其產生 一系列的中間體，所述中間體依次降解為甲烷前體，例如氫氣、二氧化碳、乙酸鹽和各種其 他化合物（如二甲基硫醚、甲酸鹽，甲醇和甲胺）。然后這些前體通過產甲烷古生菌轉化成 甲烷。通過多種機制，包括co2還原、乙酸分解（從乙酸鹽）或甲基營養過程，可以發生這 種產甲烷過程。 產生生物甲烷的煤層環境是缺氧的和還原的。由于主要營養素的限制，生物甲烷 產生是緩慢的，經過長時間尺度發生。來自典型的煤層甲烷（CSM)井的生產可能存在5-7 年，之后生產速率變得不經濟，井可能被放棄。 有可能通過引入產甲烷微生物種群延長井的生產壽命。美國公開 No. 2004/0033557記載了將所選的厭氧微生物的聚生體引入到用于在形成層中將有機化合 物原位轉化為甲烷和其他化合物的表面形成層中。 也可以通過刺激存在于煤和/或相關的水中的微生物相對迅速補充埋藏的煤 層中的甲烷。已知的是，這可以通過將營養素添加到系統中來實現。例如，美國專利 No. 7, 832, 475描述了提高生物甲烷生產的方法，所述方法涉及引入不加選擇的微生物種群 的刺激組合物，例如玉米糖漿、乳化油和牛奶以全面促進含烴形成層的微生物種群。該方法 進一步涉及通過使一種或多種微生物群體選擇性饑餓以選擇性供養至少一種所促進的微 生物種群的微生物種群后續處理。 雖然通過增強微生物復合系的生長在提高甲烷產生方面已取得顯著進展，但仍有 進一步改進的余地。
技術實現思路
根據本專利技術的第一方面，提供了用于提高來源于含碳物質的生物甲烷生產的營養 組合物，其包括磷（P)源和氣態氮（N2)源。 為了本專利技術的目的，術語"氣態氮"指的是在大氣壓和25°C下為氣態的氮。像這 樣，氣態氮可包括在大氣壓或高于大氣壓的壓力下溶解在水溶液中的氣態的氮。 術語"碳質物質"廣義地用于指能夠支持并優選存在或供有一個或多個產甲烷微 生物種群的任何含碳物質。含碳物質經過所述一個或多個產甲烷微生物種群的降解產生甲 烷或甲烷前體。含碳物質的合適實例包括，但不限于，煤、褐煤、泥煤、鉆粉、廢煤、煤衍生物、 油頁巖、油層、瀝青砂、烴污染的土壤和石油污泥。含碳物質優選在干燥無灰基底上包括至 少〇. 5重量％N，更優選至少1. 0重量％N。 含碳物質可以是原位含碳物質或非原位含碳物質。原位含碳物質可以指存在于原 始來源位置，如承載含碳物質的地層或采空區的含碳物質。非原位可以指已從其原始來源 位置移除的含碳物質。非原位含碳物質可以存在于反應器、生物反應器、堆積堆或可選擇的 地上建筑物、地坑等等。 在各種實施方案中，營養組合物可包括可溶性磷（P)源的溶液和氣態氮（n2)源的 兩相混合物。所述溶液可以是水溶液。 在這些實施方案的一些中，氣態氮（N2)也可以溶于溶液，使得在將氣態氮傳送到 含碳物質的壓力下大部分（即至少20%，優選至少50%，更優選至少80% )氣態氮溶解于 水溶液中。溶解在溶液中的氮（N)的濃度可以是每千克溶劑，特別是水，5mg-1750mg，優選 10mg-1500mg，更優選50mg-1000mg，甚至更優選100mg-800mg的氣態氮。溶解的氣態氮的上 限受到在將營養組合物傳送到含碳物質或接近含碳物質的壓力下氮的溶解性的限制。 氣態氮（N2)優選代表營養組合物的總的氣體組分的相當大的一部分（例如，優選 大于60 %體積/體積，更優選大于95 %體積/體積，甚至更優選大于99. 5 %體積/體積）。 氣態組分優選是一致的組成（即，氣態組分優選具有在營養組合物的傳送跨度之上波動不 超過5 %體積/體積，更優選不超過1 %體積/體積的氮含量）以確保微生物種群不經受其 營養源的不利波動。在這種程度上，優選應該不使用煙氣作為氮氣（N2)，除非煙氣已經過處 理去除了包括殘余氧氣、氣態的硫和氮氧化物的雜質。 營養組合物還可以包含非氣態氮源。優選地，非氣態氮源代表不超過營養組合物 的總氮源的50重量％，更優選不超過營養組合物的總氮源的20重量％。 營養組合物可以包含至少1. 5mM，優選至少2mM，更優選至少5mM的磷濃度。 優選的營養組合物進一步包括一個或多個產甲烷微生物種群。更優選一個或多個 產甲烷微生物種群包括選自由如下所組成的組中的微生物： 甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷微菌、甲烷火菌。 根據第二個方面，提供了提高來自含碳物質的生物甲烷生產的方法，包括以下步 驟： 將包含磷（P)源和氣態氮（N2)源，或如上另外所限定的營養組合物，分散遍及含 碳物質一段時間，生物性產生甲烷；以及 從含碳物質收集甲烷。 優選地，營養組合物與含碳物質緊密接觸以使居于營養組合物的產甲烷微生物種 群能夠容易利用所述營養組合物。 本領域技術人員將理解，通過含碳物質的工業規模的氣體覆蓋不能實現將營養組 合物分散遍及含碳物質。這種方法不能使得營養組合物滲透并占據含碳物質的顆粒之間的 空隙，以使居于產甲烷微生物種群能夠容易利用所述營養組合物。 優選地，通過混合或攪拌營養組合物遍及接近含碳物質的現存環境（例如，地層 水），實現含碳物質擴散通過含碳物質。 將營養組合物分散遍及含碳物質可以通過相關領域技術人員可獲得的已經技術， 通過調節營養組合物進入到含碳物質中的注射壓力而實現。 在優選的實施方案中，營養組合物的分散通過潛流操作技術，例如W02011/017771 所公開的技術實現，W02011/017771通過引用而并入本文中。 優選一段時間為至少1周，更優選為至少2周，甚至更優選為至少3個月，然而甚 至更優選為至少6個月，最優選為至少1年。一般情況下，營養組合物與含碳物質緊密接觸 的時間越長，產生的適于收集的甲烷的量越大。商業考慮可以至少部分推動從含碳物質收 集甲烷之前將營養組合物分散遍及含碳物質的時間段。 "提高甲烷的生物產生"可指在給定的時期內由含碳物質產生的生物甲烷的體積 相對于在同一時期在不存在營養組合物的情況下由含碳物質生產的生物甲烷的體積增加。 或者，"提高甲烷的生物產生"可指來自含碳物質的生物甲烷的生產率與在不存在營養組合 物的情況下由含碳物質所產生的生物甲烷的生產率相比加快。 通過增加一個或多個產甲烷微生物種群的大小或增加所述微生物種群菌的產甲 烷速率，可實現提高甲烷的生物產生。 一個或多個產甲烷微生物種群可以是能夠產甲烷的任何微生物種菌，換句話說， 是可降解含碳物質生成甲烷或甲烷前體，如氫氣、二氧化碳、乙酸鹽和其他有機化合物，例 如甲酸鹽、甲醇和甲胺等。 所述微生物種群可以是自然存在或與含碳物質共存的土著微生物種群。 可選擇或者另外，可以將產甲烷微生物種群引入到含碳物質中。相對于單獨的或 交替的含碳物質，引入的產甲烷微生物種群可以是土著的。或者，引入的產甲烷微生物種群 可以是來自生物反應器或改造的微生物培養物。改造的微生物培養物包括通過經典選擇方 法或其他遺傳修飾方法產生的微生物培養物。 根據第三個方面，提供了生物甲烷生產系統，包括： 用于提高來源于含碳物質的生物甲烷的營養組合物本文檔來自技高網...
【技術保護點】
用于提高來自含碳物質的生物甲烷生產的營養組合物，包含磷(P)源和氣態氮(N2)源。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：菲利普·亨德里，大衛·米奇利，
申請(專利權)人：聯邦科學技術研究組織，
類型：發明
國別省市：澳大利亞;AU
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