随着全球范围内各国对能源需求量的提高,传统的化石能源越来越不能满足人们的需要,能源危机的出现,化石资源枯竭,能源短缺问题将成为经济发展的面前最急需解决的问题^[1]。利用旧能源,提高能源利用率,充分利用传统能源的同时如何开发新型能源成为新的研究方向。近年来,随着工业气体的转变和对其气化合成气的转化,合成气厌氧消化过程越来越引起人们的兴趣。这一过程包括由厌氧微生物进行的主要由H₂、CO和CO₂组成气态底物的消化,可以利用这些气体作为碳和能源来源。本研究以模拟合成气为原料,利用微生物分别进行了高温连续条件下实验,半连续条件下不同进料比例的实验和半连续条件下添加剂实验。主要研究内容和结论如下:（1）连续条件下合成气生物甲烷化效率及转化路径实验:根据对气化技术的调研结果发现,固定床气化技术日产气量及产气组分较适合与微生物厌氧消化相结合联产生物甲烷,同时,根据其工艺产品气组分确定了模拟合成气组分含量为H₂:CO:CH₄:CO₂=35:30:15:20（vol%）^[2],该实验中通过调节转速和进气量模拟合成气的厌氧消化过程,反应温度为55℃,厌氧发酵罐反应体积为4升,确定不同条件下合成气生物甲烷化过程的处理量。实验结果表明:随着转速由300 rpm增加到800 rpm,合成气高温消化系统的处理量由10 mL/min增加到35 mL/min,转速的提高可以增强气液传质过程,通过提高转速可以提高反应过程中的气液传质速率,提高反应系统处理能力;转速为300 rpm条件下,系统进气速率为小于10 mL/min,500 rpm条件下进气速率为10 mL/min,系统处理量为3.6 L/（L·d）,800 rpm转速下进气速率为35 mL/min,系统气体处理量为12.6L/（L·d）,此时的甲烷容积产气量为2.97±0.03 L/（L·d）。整个过程中甲烷百分含量一直为46±3%,因此,提高转速并不能提高产气中甲烷的百分含量,因为该过程主要提高的是整个消化过程的传质速率,并没有提高或加强反应过程中微生物对进气的转化率;消化系统的主要反应路径由低转速下的产乙酸路径转化为高转速下的产氢路径。（2）半连续条件下不同氢碳比对转化效率及转化路径影响实验:通过连续条件下合成气消化结果发现,得到的产气结果中甲烷含量普遍不高,而且甲烷含量不会随着转速或进气量的提高而发生变化。第（1）部分实验中的H₂/CO比例为1.25:1,不同阶段的反应结果显示原料气中氢气完全反应后,仍有部分CO剩余,因此本部分实验通过提高厌氧消化过程中的H₂/CO比例,H₂/CO比例分别以3:1,4:1和5:1的比例进行实验。实验结果表明:将进料的H₂/CO比例提高到3:1,4:1和5:1后,产气中甲烷含量明显提高,分别为66.37±4.04%,70.61±6.06%和73.35±2.39%。在低H₂/CO比例条件下一氧化碳反应路径主要经过产乙酸路径,高H₂/CO比例条件下主要为产氢路径。可以通过提高进气的H₂/CO比例进行来提高合成气微生物甲烷化消化反应的甲烷产率。（3）半连续条件下活性添加剂对转化效率及转化路径影响实验:除了非生物因素以外,微生物本身对消化过程有着重要影响。微生物的生命过程不仅需要碳（C）、氮（N）、磷（P）、硫（S）等常量元素,而且需要多种微量元素。微量元素是厌氧微生物生长代谢和保持厌氧过程所需消化酶系统活性不可缺少的重要部分^[3]。本部分实验向反应器中添加微量元素活性剂,其中所含微量元素铁、钴和镍的浓度分别为0.57 g/L,0.25 g/L和0.025 g/L,添加频率为每周一次,每次6 mL。通过提高微生物活性,探究消化过程的效率变化以及反应路径。实验结果表明:添加微量元素后,消化过程中的产甲烷阶段会得到促进,测得的液相中挥发性有机酸（volatile organic acids,简称VOAs）的含量明显降低,说明甲烷化过程对VOAs的利用率明显提高,而且产气中得到的甲烷含量为79.76±7.35%左右。