[发明专利]用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物、方法和系统

说明书

本发明记载了用于提高来自含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物。所述营养组合物包含磷(P)源和氮(N)源，其中磷氮(P/N)的摩尔比大于1.5，氮浓度为至少0.1mM且小于1.7mM。本发明还记载了用于提高来自含碳物质的生物甲烷生产的方法。所述方法涉及使本发明的营养组合物与含碳物质接触一段时间，从而生物性产生甲烷，随后从所述含碳物质中收集甲烷。所述方法还可以包括将含碳物质与第二营养组合物接触，其中第二营养组合物的P/N的摩尔比高于第一营养组合物的P/N的摩尔比。

技术领域

本发明涉及用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物、方法和系统。

背景技术

甲烷与大多数煤炭储量有关，其含量各不相同。可以在煤埋藏和成熟过程中生热产生形成，或者可以通过微生物的作用而生物性产生。据认为细菌是煤的主要降解菌，其产生一系列的中间体，所述中间体依次降解为甲烷前体，例如氢气、二氧化碳、乙酸盐和各种其他化合物(如二甲基硫醚、甲酸盐，甲醇和甲胺)。然后这些前体通过产甲烷古生菌转化成甲烷。通过多种机制，包括CO₂还原、乙酸分解(从乙酸盐)或甲基营养过程，可以发生这种产甲烷过程。

产生生物甲烷的煤层环境是缺氧的和还原的。由于主要营养素的限制，生物甲烷产生是缓慢的，经过长时间尺度发生。来自典型的煤层甲烷(CSM)井的生产可能存在5-7年，之后生产速率变得不经济，该井可能被放弃。

有可能通过引入产甲烷微生物种群延长井的生产寿命。美国公开No.2004/0033557记载了将所选的厌氧微生物的聚生体引入到将地层中的有机化合物原位转化为甲烷和其他化合物的表面地层中。

也可以通过刺激存在于煤和/或相关的水中的微生物相对迅速补充埋藏的煤层中的甲烷。已知的是，这可以通过将营养素添加到系统中来实现。例如，美国专利No.7,832,475描述了提高生物甲烷产生的方法，所述方法涉及引入不加选择的微生物种群的刺激组合物，例如玉米糖浆、乳化油和牛奶以全面促进含烃形成层的微生物种群。该方法进一步涉及通过使一种或多种微生物群体选择性饥饿以选择性供养至少一种所促进的微生物种群的微生物种群后续处理。

在旨在提高甲烷生产的方法中，通过营养补充剂增强微生物活性，需要考虑到整个系统的生命周期分析。例如，US4826769公开了来自煤的微生物产生的甲烷优选要求C:N:P的比为100:5:1。通常对于来源于能源密集源例如氨生产的氮，需要高效率和有效的剂量的计划。

虽然通过增强微生物聚生体的生长在提高甲烷生产方面已取得显著进展，但仍有进一步改进的余地。

发明内容

根据第一个方面，提供用于提高来自含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物，所述营养组合物包括磷(P)源和氮(N)源，其中磷氮(P/N)的摩尔比大于1.5，并且氮的浓度为至少0.1mM且小于1.7mM。

令人惊讶地发现，为刺激甲烷产生所需要的有效浓度的氮具有双峰，通常增加氮浓度促进涉及甲烷产生的微生物的活动，然而在如本发明所教导的意外的低氮磷比下可以获得提高的甲烷产生峰。

优选的营养组合物进一步包括一个或多个产甲烷微生物种群。更优选一个或多个产甲烷微生物种群包括选自由如下所组成的组中的微生物：甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷微菌、甲烷火菌。

术语“碳质物质”广义地用于指能够支持并优选存在或供有一个或多个产甲烷微生物种群的任何含碳物质。含碳物质经过所述一个或多个产甲烷微生物种群的降解产生甲烷或甲烷前体。含碳物质的合适实例包括，但不限于，煤、褐煤、泥煤、钻粉、废煤、煤衍生物、油页岩、油层、沥青砂、烃污染的土壤和石油污泥。含碳物质优选在干燥无灰基底上包括至少0.5重量％N，更优选至少1.0重量％N。