厌氧发酵是一种以有机废物为底物,在一系列厌氧微生物协同作用下生产生物质能源的可持续、高效益的技术。它不仅能够解决有机废物堆弃带来的环境问题,而且将其转化为甲烷等一系列生物质清洁能源。厌氧微生物繁殖速率慢,极易受到温度、pH等环境条件的影响,导致产气不稳定。静态磁场(Static magnetic field,SMF)是一种由永磁体产生的恒定磁场,其对部分菌群繁殖具有一定促进效果。本文以SMF强化厌氧发酵系统为研究对象,进行温度、磁场强度等反应条件的优化;以SMF环境下的产气量为指标,结合基因测序技术,重点开展了最佳SMF强度下产气验证实验;根据灰色理论,建立了最佳产气预测模型,实现了 SMF强化厌氧发酵系统高效、连续、稳定的运行。首先,以厌氧发酵四阶段理论为基础,从代谢角度开展厌氧发酵产甲烷理论研究。通过总结发酵过程中影响微生物生长环境的一些关键参数如温度、pH、化学需氧量(COD)、挥发性脂肪酸(VFAs)、氧化还原电位(ORP)等,进一步分析了这些关键参数与产气量的变化规律。在此基础上进行SMF强化厌氧发酵理论研究,阐述了磁场影响厌氧发酵过程的机理。其次,对厌氧发酵实验条件进行了优化,确定了系统最佳运行温度为55±1℃,最佳pH变化范围为6.5-7.5,ORP值变化范围为-570mV到-520mV间;SMF强度优化实验结果显示,11.4mT强度下菌落数(129.09CFU ml-1)和菌液富集效率(85.5%)最高。然后,进行了 SMF强化厌氧发酵产气验证实验,实验运行了 35天,与无磁场(No magnetic field,NMF)处理相比,SMF组最终总产气量提高了 19.5%,其中CH4含量提高了20%,SMF组的气体组成更稳定,产气上升阶段缩短了 1天,COD降解速率明显增加(45.7%)。16S rRNA的高通量测序表明,SMF强化不仅在一定程度上影响细菌群落组成,而且显着增加了产甲烷菌的百分率,同时发现产甲烷古菌是衰减阶段主要的产甲烷菌。再次,沼气供应中对于投料量与产气量的关系预测,能够使供气站与用户之间形成合理的供需平衡;通过对多元线性回归模型和灰色关联度模型进行实验数据计算分析,发现在总产气量预测上灰色关联度模型预测偏差(5.51%)小于多元线性回归模型(32.9%),因此选择灰色关联度模型作为实验预测模型。最终,完成了 SMF强化厌氧发酵系统的研制,在此基础上进行了 SMF强化厌氧发酵系统产气性能测试,测试结果表明,相比于对照组,SMF组总产气量增加了 44.2%,实现了产气连续、稳定、高效的目标。同时通过对产气量的预测,初步探究了气体产能与投料量之间对应关系,为实现产气供需平衡奠定了基础。