我国拥有重要的生物成因煤层气藏,在寻求高效开发我国丰富褐煤资源的背景下,利用微生物将褐煤转化为甲烷的手段受到越来越多研究人员的关注。而化学预处理作为一种提高煤炭生物有效性、增加生物煤层气产量的方法,近年来日益受到关注。过氧化氢预处理可提高生物煤层气的产量,但是,煤中哪些组分被过氧化氢预处理后能更好地被微生物利用还不清楚,其具体作用机理研究尤为缺乏。因此,本研究选择胜利褐煤作为研究对象,首先分离出镜质组分,通过过氧化氢进行预处理,利用前期保存的微生物菌群对过氧化氢处理后的各级组分进行生物模拟产气,同时对处理前后得到的各级组分、产气前后得到的各级组分及微生物群落结构进行分析,得到的主要结果和结论如下:(1)通过手工筛选和浮沉分离将胜利褐煤镜质组富集分离,制备成了低、中、高三组镜质组含量不同的煤样,其含量分别为50%(低镜质组)、83%(中镜质组)、94%(高镜质组)。通过正交试验,确定了过氧化氢对煤样进行预处理的最佳处理条件:固液比1:15、过氧化氢浓度10%、预处理时间30 d。三组不同含量的镜质组样品经过氧化氢处理后,工业分析结果表明,挥发分含量分别增加了6.82%(低镜质组),11.97%(中镜质组)和11.92%(高镜质组);固定碳含量分别减少了5.93%(低镜质组),11.65%(中镜质组)和9.54%(高镜质组)。元素分析结果表明氧含量分别增加了6.07%(低镜质组),6.69%(中镜质组)和1.11%(高镜质组),而碳含量分别减少了5.00%(低镜质组),6.61%(中镜质组)和1.09%(高镜质组)。XRD结果表明,芳香环层片的层间距减小,芳香层数增加,单层层片的延展度增大,层片的堆叠度减小,即芳构化程度更高,镶嵌于煤中的小分子物质较多,大分子物质较少,脂肪族类结构排列更不规则;低镜质组苯环C-H、烯烃C-H、C-O消失,羰基C-H消失;中镜质组烯烃C-H消失,C-O出现,饱和烷烃C-H出现;高镜质组C=C消失,羰基C-H、游离O-H消失。芳香结构、含氧官能团和脂肪结构的吸收峰强度增加,即过氧化氢与煤分子进行反应,煤分子结构遭到破坏,含氧官能团变多,苯环骨架被进一步暴露出来。(2)生物产气结果表明煤样经过氧化氢预处理得到的液体产物容易被微生物利用产气,并且中镜质组产气效果最好,中镜质组产气在70d达到峰值,峰值为925.15μmol/g煤。产气后的固体产物中与产气前相比,芳香环层片的层间距减小,芳香层数减小,单层层片的延展度减小,层片的堆叠度减小,说明晶核结构变小,煤中的小分子物质减少,部分侧链和官能团脱落。低镜质组C-O消失,C-N、醛C-H出现。中镜质组C-O消失,C-N、饱和烷烃C-H出现。高镜质组C=C、游离O-H消失,1800-1000 cm^-1附近的含氧官能团吸收峰强度大幅减弱。产气后的液体产物与产气前相比,有机物质含量和种类大大减少,三组样品有机物质分别减少了32种(低镜质组),36种(中镜质组),38种(高镜质组);三组样品中酒石酸、甲酸、苹果酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、丙酸消失,丙二酸和乳酸含量分别减少了1098.00μg/mL和1266.43μg/mL(低镜质组),691.42μg/mL和2254.96μg/mL(中镜质组),1708.99μg/mL和3444.05μg/mL(高镜质组);相反地,草酸含量分别增加了989.64μg/mL(低镜质组),1093.56μg/mL(中镜质组),834.66μg/mL(高镜质组)。产气后,三组样品的溶解有机质分子量均增加,并且镜质组含量越高,分子量增加的幅度越大。(3)原煤和液体产物构建的培养体系中优势古菌菌属为Methanobacterium(甲烷杆菌属)(1.7%-93.18%)、Methanoculleus(甲烷囊菌属)(0.53%-67.09%)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)(0.24%-65.42%)、Methanosaeta(甲烷丝状菌属)(0.16%-59.27%)、Methanofollis(甲烷泡菌属)(1.36%-40.54%)。其中氢营养型产甲烷菌有Methanobacterium、Methanoculleus,乙酸营养型产甲烷菌有Methanosaeta,混合型产甲烷菌有Methanosarcina、Methanofollis。在液体培养体系中,Methanoculleus丰度最高(16.26%-67.09%),随着镜质组含量增高,Methanoculleus丰度增加;在固体培养体系中,Methanobacterium丰度最高(3.55%-93.18%),随着镜质组含量增高,Methanobacterium丰度增加;在对照中,Methanobacterium丰度最高(9.60%-75.42%)。在环境因子典型相关分析中(Canonical Correlation Analysis),底物镜质组含量对菌落结构影响较大,并且与群落结构变化相关性较高,底物镜质组含量与液体培养体系中的三组样品(cqh-DJ-Y、cqh-ZJ-Y和cqh-GJ-Y)群落结构变化呈正相关,即镜质组含量越高对群落结构的影响越大。