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户用沼气以其“一气带三料,三料促五业”1的强大优势,在我国农村环境保护、能源供应等领域发挥巨大的作用,因而通常作为新农村建设、美丽乡村建设、乡村振兴战略的重要抓手。随着经济社会的发展,一家一户的畜禽散养逐渐被规模化养殖所取代,导致原先以畜禽粪便为主的农村户用沼气池发酵原料发生了重大的变化,不得不以其它原料作为补充,而农村量多、面广的农作物秸秆被掺入到沼气池中,因此畜禽粪便与作物秸秆的混合发酵技术不得不提上科学研究日程。另一方面,由于秸秆产出随农事活动呈现出明显的季节性,这也导致农村户用沼气发酵原料供应的变动较大。因此,在畜禽粪便与作物秸秆的混合发酵的基础上,寻求简单实用的耐原料冲击技术,保障厌氧发酵的高效稳定产气,即为本文研究的切入点。本研究以猪粪和玉米秆为原料,在中温条件下,利用批次发酵试验、半连续发酵小试及中试试验,优选了混合发酵高效稳定产气的技术参数,并探析了混合发酵的微生物群落结构;筛选了适宜的外源添加剂,研究了添加剂对发酵原料供应冲击负荷的恢复,获取了中试发酵的适宜条件。本文取得的研究成果如下:1、通过半连续发酵小试,采用均匀设计优化沼气池的运行控制条件（总固体浓度TS、进料比、搅拌频率）。结果表明,TS浓度和进料比越大,产气效果越好;TS和搅拌频率越小,化学需氧量（COD）去除率越高,原料的利用程度越好。试验条件下,合理的换料和搅拌控制有利于沼气产量的提高;产气效果最好的发酵运行条件为TS7%,进料比5%,搅拌频率2次·d-1,容积产气率由0.242 L·L-1·d-1升到了0.526 L·L-1·d-1;COD去除率最高的条件是TS5%,进料比10%,搅拌频率1次·d-1,产气率由0.325 L·L-1·d-1升到了0.614 L·L-1·d-1。采用高通量测序技术比较分析适宜条件下的微生物群落结构,发现两种条件的发酵环境中均形成了稳定高效的微生物群落。细菌和古菌的优势菌群占了微生物种群的80%以上,两种条件的优势细菌主要为厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,产气效果好的条件下优势细菌占比分别为31.17%和46.87%,优势古菌主要为甲烷粒菌属（Methanocorpusculum,占45.81%）、甲烷八叠球菌属（Methanosarcina,占35.03%）;COD去除率高的条件下占比分别为59.16%和26.89%,优势古菌为甲烷八叠球菌属（65.88%）、甲烷杆菌属（Methanobacterium,占18.01%）,该条件下存在更多的功能性微生物群落,既能促进有机物的分解利用,又有利于产气效果的提升。综合考虑产气情况、COD去除效果和微生物群落结构,选择COD去除率最高的试验条件为农村地区厌氧发酵的适宜条件。2、选择COD去除率最高的条件(TS5%,进料比10%,搅拌频率1次·d-1)进行批次和半连续发酵小试,通过添加不同浓度的活性炭和氨三乙酸（NTA）,研究反应器的发酵效果。结果表明,适当添加活性炭可有效提高沼气产量,整个发酵过程,10.0 g·L-1活性炭条件下挥发性固体（VS）去除率为（90.6±3.5）%,VS产气率和VS产甲烷率分别为426.1±13.7和233.0±7.7 mL·g-1;甲烷浓度最高达到（71.8±2.7）%。NTA浓度越低,产气效果越好,过高浓度NTA反而抑制产甲烷过程,2.0μmol·L-1 NTA的VS产气率达到374.0±14.6 mL·g-1,VS产甲烷率为195.3±3.3 mL·g-1,甲烷浓度最高为（66.7±2.6）%。在半连续条件下,添加活性炭后发酵过程产气效果更好,平均容积产气率(1.2 L·L-1·d-1)较NTA(1.1 L·L-1·d-1)大,甲烷浓度一直保持在65%左右,COD去除率为70.6%较NTA（67.9%）高,且活性炭对发酵系统有较好的缓冲能力。由此,选择10.0 g·L-1活性炭为适宜的外源添加剂。3、考察适宜条件下的半连续发酵中试运行效果,在持续运行过程中,再通过降低原料TS和添加活性炭来研究在原料不足时厌氧发酵恢复产气效果的变化过程,共分为发酵启动期、稳定运行期（TS5%）、低TS负荷扰动期（TS3%）、重新稳定期（TS3%+活性炭）和恢复期（TS5%+活性炭）等五个时期。结果表明,中试发酵持续约65 d,累积产气量为38.102 L·L-1,平均容积产气率为0.586 L·L-1·d-1,产气高峰达到了0.855L·L-1·d-1,甲烷浓度最高为68.8%。添加活性炭后对产气率和甲烷含量都有明显的促进作用,产气率增加了约0.1 L·L-1·d-1,甲烷浓度增加510%。对沼液性质分析发现,适当的换料和活性炭的添加可减缓发酵液中氨氮的增加,发酵结束时累积只达到了650mg·L-1左右,没有出现氨中毒(远小于产气抑制阈值1700 mg·L-1);挥发性脂肪酸（VFA）中90%以上是乙酸,验证了适宜条件形成的接种物中主要存在耗乙酸产甲烷菌,且添加活性炭可以促进微生物对乙酸的利用效果,进而提高沼气产量;沼气发酵稳定运行和原料充足时pH在7.4左右,VFA和总碱度之比（VFA/TA）一直处于0.20.3之间,直到发酵结束系统也没有出现明显的酸化,pH和VFA/TA共同指示出发酵系统始终处于稳定运行状态。适宜发酵运行条件并添加活性炭促进产沼气这种方法值得在户用沼气池中推广使用。