微生物增产煤层气技术利用厌氧微生物降解煤产甲烷的特性,能够实现煤的生物转化,增加煤层气的储量以及延长煤层气井的服务年限。秸秆作为外源碳增产煤层生物甲烷主要通过激活微生物菌群和煤分子,加速微生物代谢,以增速甲烷生成、提高甲烷产量。尽管秸秆与煤共降解表现出显著的甲烷增产效果,但相关研究还处于起步阶段。本文建立秸秆原始组分(根、茎、叶三个部位)、萃取组分(不同试剂/不同时间萃取物、萃余固体)、预处理组分(化学预处理、生物预处理)与煤共降解增产生物甲烷的实验体系,从微生物群落结构、中间代谢产物、煤和秸秆结构等方面分析秸秆原始组分、萃取组分、预处理组分对煤生物转化甲烷的影响机制,寻求秸秆和煤共降解的关键秸秆组分,探究秸秆增速煤降解的机理。取得的主要结果如下:(1)秸秆与煤共降解的甲烷产量显著高于单独煤降解甲烷产量、单独秸秆降解甲烷产量、以及二者单独降解甲烷产量之和。秸秆根和茎对生物甲烷产量的促进作用比秸秆叶更加显著。煤粒径对生物甲烷产量的影响大于秸秆粒径。当煤粒径为<0.075 mm、秸秆粒径为10 mm时,共降解的甲烷产量最高,达597.01μmol,比单独煤降解的生物甲烷产量高279.46%。结合扫描电镜结果及共降解后秸秆与煤的质量变化,认为甲烷产量的增加更多的是刺激煤的生物降解结果,且关键秸秆原始组分为纤维素与半纤维素。(2)不同试剂(甲醇、乙醇、石油醚)萃取秸秆所得萃取物与煤共降解均未对生物甲烷产量表现出显著促进作用,而萃余固体则可以显著增加生物甲烷产量。生物甲烷产量随萃取时间的增加先增加后减少,最大为298.81μmol,比单独煤降解的生物甲烷产量高138.10%。萃余秸秆的红外光谱结果显示,萃取导致秸秆木质素、纤维素和半纤维素受到一定程度的损伤,使碳水化合物和脂肪酸化合物更容易受到厌氧微生物的攻击,从而提高了生物降解性。且液相萃取物中检测到抑制生物降解的呋喃类物质,这可能是生物甲烷产量不高的原因。(3)秸秆化学处理的液体产物和残留秸秆与煤共降解的甲烷产量增产效果不显著。而微生物预处理秸秆的液体产物与煤共降解能显著提高煤的厌氧生物降解效率,每克煤的最大甲烷产量为649.52μmol,比单独煤降解的生物甲烷产量提高了1579.65%。残煤的红外光谱结果显示,秸秆生物降解液与煤共降解破坏了煤分子芳香环上的部分侧链结构,导致芳环上的氢原子增多,更加有利于微生物的降解。共降解以及煤单独降解过程中,有机酸是甲烷生成过程中的重要有机物,其含量及变化规律与生物甲烷的产生相关。其中丁酸和4-甲基戊酸很可能是共降解过程中必需的有机酸。(4)综合不同秸秆组分与煤共降解的甲烷产量结果,秸秆预处理组分,尤其是秸秆生物降解液(秸秆生物降解的中间产物)与煤共降解的增产效果最好。秸秆在实际生产过程中可以通过微生物预处理、化学预处理进行液化,秸秆预处理液体产物或有机酸可注入煤层或采空区,从而显著提高煤层气产量。在共降解中,煤与秸秆之间具有协同作用,两者混合共降解可以共同促进生物甲烷的生成。这将对进一步提高生物甲烷产量以及充分、合理、高效综合利用秸秆生物资源促进煤层气产量具有重大深远意义和现实意义。