为推动煤炭清洁利用,国内外在煤层本源微生物和外源微生物降解生烃方面取得了不少研究成果,但生物转化率低一直是制约煤生物气化的瓶颈。为提高成气速率,在微生物降解煤炭的实验中,常用强酸、强碱、高温、高压等方式预处理原煤,但这些方式属于高能耗的方法,不利于后续微生物成气。因此,如何在温和条件下打破煤的立体网状大分子结构,提高微生物对煤的利用效率,已成为目前亟需解决的重要课题。采用自制沼液作为外源菌群,将高级氧化引入煤生物成气模拟实验中,通过研究高级氧化各参数的变化对煤降解的影响趋势,确定优化实验条件,提高后续生物成气率;通过分析中间产物的光谱学特征和含量变化,确定产气中间产物随时间的变化规律;通过分析成气过程中微生物群落结构的变化情况,明确对煤生物成气起主要作用的功能微生物;对比分析原煤和氧化煤在不同产气阶段的差异,探讨高级氧化与微生物联合降解对煤成气的影响。本研究可为提高煤炭生物转化率提供一种新思路,为煤炭清洁高效利用提供一种新途径。论文研究内容、方法和主要成果如下:1、采用水浴H₂O₂和微波/超声波协同H₂O₂两种高级氧化方法降解煤,体系中剩余H₂O₂浓度随反应温度的升高而降低,温度越高、时间越长,反应越彻底。研究结果表明:微波/超声波协同H₂O₂体系是降解郑煤超华矿(ZC煤)和义马耿村矿(YG煤)的最佳方式,最优实验条件是反应温度80℃、超声功率为600W,ZC煤和YG煤的最佳反应时间分别为40min和60min。高级氧化预处理中阶煤成气的甲烷产量是原煤的1.43倍,预处理低阶煤成气的甲烷产量是原煤的1.31倍,该预处理方法可为进一步进行小型工业化应用提供技术和理论支撑。2、开展了成气过程中可溶性有机物(DOM)的光谱学特征分析,DOM的荧光强度随产气时间的增加而降低,络氨酸类芳香族蛋白质(Ⅰ区)和溶解性微生物代谢产物(Ⅳ区)的荧光强度占比在整个产气过程中处于优势地位,类酪氨酸和微生物代谢产物是成气过程中DOM的主要组分。引入平行因子(PARAFAC)模型进行煤生物成气中DOM三维荧光光谱的分类识别,分析了平行因子数对模型解析结果的影响,发现煤生物成气过程中DOM的三维荧光光谱解析采用三组分平行因子分析模型较为合适。3、成气过程中可溶性有机碳(DOC)含量呈下降趋势。DOM的芳化度和腐殖化水平随产气周期发生变化;疏水性有机质含量随产气时间的增加而增加。在快速产气初期,小分子酸含量较高,对应产甲烷速率较高;饱和烃含量在一定时间内变化不明显,原因是煤的大分子被逐渐解聚生成长链饱和烃和微生物优先利用煤中饱和烃组分两个过程同时发生所引起的,饱和烃与甲烷含量存在消长关系。4、驯化培养后菌源共有185个OTU,其中细菌域(98.86%)占绝对优势,少数分布在古菌域(1.14%)。产气过程中优势细菌属有Proteiniphilum、Aminobacterium、Romboutsia、Terrisporobacter、Syntrophomonas、Thauera和Petrimonas,在检出的细菌中,绝大部分具有水解发酵功能,个别具有产氢/产乙酸功能,在煤生物产气第一阶段(水解发酵阶段)和第二阶段(产氢/产乙酸阶段)中发挥着重要的作用。Methanobacterium和Methanoculleus是煤产甲烷过程中的优势古菌属。整个成气过程以氢营养型为主,产气初期以甲基营养型为主。