《表3.煤样工业分析指标与产气量的相关性分析》

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《大柳塔长焰煤中灰分和无机矿物对生物产气的影响》

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根据XRF测定不同密度等级煤中的元素含量结果，用SPSS将其中变化较大的无机元素与产气量做相关性分析，结果如表4所示。从表4中可以看出，S、Fe、Ca、Mg四种元素含量与产气量显著相关，即这4种元素含量对产气量有一般显著影响，且S元素含量与产气量正相关，而Fe、Ca、Mg三种元素含量与产气量有负相关关系。结合XRD检测结果，Fe、Ca、Mg三种元素在此处分别对应菱铁矿、水化硅酸钙、氧化亚铁镁三种矿物，由此推测这三种矿物对煤的生物产气存在抑制作用。当前，关于无机矿物对煤生物产气的影响研究报道并不多，有研究认为无机矿物对生物甲烷的产生有促进作用[15–17，21–22]。但本研究结果表明煤中灰分与生物甲烷的产量负相关，可能原因在于煤炭小浮沉实验只是根据密度将煤分成不同灰分含量的煤样，以至于低密度级煤中矿物种类少、含量低，而高密度煤中矿物种类相对较多，矿物含量高，由此造成对生物产气过程有毒害作用的矿物质在高灰分煤样中大量累积。另外，小浮沉试验中需要用到甲苯等有机溶剂，在处理过程中虽然经过多次清洗，但仍不能保证完全将其从煤中清除干净，这些有机试剂的残存可能对厌氧系统中的菌群有毒害作用。根据Chen等[36]的报道，一定浓度以上的重金属元素对厌氧环境中的微生物有毒害作用，重金属元素的过量存在可能会导致微生物浓度和群落结构的改变，Auffan等[37]的研究证明了含有Fe2+的纳米颗粒对大肠杆菌具有细胞毒性，会干扰微生物能量代谢中的氧化还原过程，这些可能是菱铁矿和氧化亚铁镁抑制甲烷产生的原因。结合Finkelman等[28]的研究报道，煤样中的S元素大多存在于煤中的硫化矿和有机含硫化合物中，根据目前实验结果，高灰分煤中含铁氧化物含量较高而其中硫元素含量较低，相反，低密度煤中含硫量较高，故推测低密度等级中硫元素主要为有机硫。在煤的生物产气实验中，煤中的含硫有机物为产气功能菌群提供所需的碳源和能源，这可能导致了S元素含量与产气量的正相关关系。