厌氧发酵方式已被广泛的用于木质纤维素类生物质的无害化处理和资源化利用，并已获得了一定的效益。然而，在遗传基因与生长环境等因素的影响下，不同木质纤维素类生物质的有机组成成分(纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、脂肪等)存在较大差异，而有机组成成分是直接决定底物生物可降解性和厌氧发酵产甲烷潜能的重要因素。在实际生产中，不同种类的木质纤维素类废弃物的厌氧发酵特性因此缺乏一致性和规律性，给这类生物质的高效资源化利用研究造成了一定困难。此外，半纤维素、纤维素及木质素复杂的分子结构特性及木质素在厌氧发酵过程中形成的屏蔽作用，也是削弱木质纤维素类生物质厌氧生物转化效率的重要因素。因此，为了对木质纤维素类生物质进行更好的开发利用，本论文选取三类木质纤维素类废弃物(食用菌菌渣、大棚蔬菜秸秆、玉米秸秆)进行有机组成成分和厌氧发酵产甲烷特性的比较研究，并在数学模型的辅助下探究有机组成成分对底物降解特性影响及木质素屏蔽作用的内在规律，具体研究内容包括三方面：(1)不同类型食用菌菌渣的厌氧发酵比较研究，分析不同菌渣的成分特性与产甲烷潜能差异；(2)不同品种的大棚蔬菜秸秆的厌氧发酵比较研究，分析不同蔬菜秸秆的成分特性与产甲烷潜能差异；(3)玉米秸秆不同部位(皮、叶、髓)的厌氧发酵比较研究，并与纯微晶纤维素厌氧发酵对比，探索木质素屏蔽作用的机理。主要研究结论如下：
　　(1)不同类型木质纤维素废弃物之间、同类型木质纤维素废弃物之内、同一废弃物的不同部位的有机组成特性、产甲烷潜能均存在较大的差异。在固定接种比例条件下，不同菌渣、蔬菜秸秆以及玉米秸秆不同部位的甲烷产率分别在53.34-148.55、94.2-146.8、151.86-218.28mLCH4/gVS范围内；VS降解率分别在35.1%-55.9%、40.4%-49.9%、63.66%-76.65%范围内。菌渣的甲烷产率与其总糖含量呈显著的正相关，与木质素含量呈负相关；蔬菜秸秆的甲烷产率与其粗蛋白含量呈显著的正、与木质素含量呈显著的负相关。动力学分析结果表明，菌渣与蔬菜秸秆的厌氧发酵平均延滞时间分别为1.97天与0.56天。厌氧消化数学模型NO.1(ADM1)模拟结果表明，相比于蔬菜秸秆的0.12d-1，玉米秸秆具有更高的平均分解速率常数为0.28d-1，因此玉米秸秆的厌氧发酵周期相对更短，甲烷产率相对更高。
　　(2)基于食用菌菌渣、蔬菜秸秆的有机组成成分(半纤维素、纤维素、木质素、粗蛋白、总脂肪等)和生化产甲烷潜能数据，建立了能够预测各自甲烷产率回归方程。经验证，菌渣甲烷产率预测方程的结果误差在5％以内，蔬菜秸秆甲烷产率预测方程的误差在0.3%以内。在蔬菜秸秆甲烷产率预测方程中，以木质素含量为变量的方程在所有单变量方程中显示出最优的性能；以粗蛋白和木质素为变量的模型是最佳的两因素预测模型；而基于粗脂肪、半纤维素和木质素的模型是最佳的三因素预测模型。修正的Gompertz模型比一级动力学模型和Chen&Hashimoto模型更好地拟合了蔬菜秸秆的厌氧发酵产甲烷的动态过程，拟合度R2为0.986-0.998。
　　(3)提出了一种用于ADM1建模的木质纤维素类废弃物有机组分表征方法，即将底物中粗蛋白、淀粉划分为易水解组分；将半纤维素和无定型纤维素划分为可缓慢水解组分；将结晶纤维素和木质素划分为惰性组分。基于此方法，对ADM1的模型结构、参数、速率表达式等部分进行了修正。经参数估计，修正的ADM1模型的输出值与实验测量数据具有理想的一致性。
　　(4)纯微晶纤维素在0.5gCOD底物/gVS接种物与0.8gCOD底物/gVS接种物的接种比例条件下批式厌氧发酵的VS甲烷产率为201.55与211.54mL/gVS，VS降解率分别为88.77%与89.07%。木质素的屏蔽作用显著降低了底物中酸性洗涤纤维(ADF)和纤维素组分的厌氧降解程度；同时显著延缓了底物中木质纤维素部分的水解速率。木质素的“半速值”作为衡量木质素屏蔽作用的指标被提出，将“半速值”与木质素含量相结合可以快速的预判木质纤维素类底物的厌氧生化降解性能，“半速值”的大小同时取决于底物木质素含量和木质纤维素结合的紧密程度。“半速值”越大说明单位含量的木质素形成的屏蔽作用越低，反之亦然。