化石能源的过度使用带来的能源和环境问题日益严重,畜禽养殖业的迅速发展也带来了日益突出的环境问题。厌氧消化技术在解决畜禽养殖业带来的环境问题的同时,也为缓解目前日益严重的能源问题带来了契机,相关政策的支持为厌氧消化技术的工程应用带来了前所未有的机遇。大多数畜禽粪便属于富氮和高有机质原料,厌氧消化过程中容易受到氨抑制和酸抑制,鸡粪即是此类原料的典型代表。一些学者前期研究发现,生物炭可以加强微生物种间电子传递,提升厌氧消化产甲烷量,并以模拟废水等为底物,研究发现生物炭可以提高厌氧消化效率。为此,在国家自然科学基金面上项目“生物炭介导的厌氧消化解抑增效特性及其机理研究”(51576167)的资助下,开展了生物炭介导的鸡粪厌氧消化特性及机理研究。本文首先采用中温序批式厌氧消化工艺,确定了生物炭介导的鸡粪厌氧消化较优的生物炭种类和生物炭添加比例。然后,进行了基于较优生物炭添加比例的正交试验和多因素试验,确定了生物炭介导的鸡粪厌氧消化最优工艺参数。以得到的最优工艺参数为条件,进行了中温生物炭介导的鸡粪厌氧消化半连续验证试验,通过逐步提升鸡粪厌氧消化的有机负荷,对比分析了生物炭介导的鸡粪厌氧消化和鸡粪单独厌氧消化产气特性、料液特性和微生物群落特性。研究结果为生物炭介导的鸡粪厌氧消化在沼气工程上的应用提供了理论依据和优化参数,阐明了生物炭介导的鸡粪厌氧消化效率提升、产甲烷量提升和甲烷含量提升的微生物机理。本文得到的主要研究结论如下:(1)以小麦秸秆、废弃果木和风干鸡粪为原料,在不同温度下制备生物炭,分析不同材质、在不同温度下制备的生物炭的元素成分变化。并进行了不同生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷潜力研究,探究不同材质于不同温度条件下制备的生物炭对厌氧消化的影响。研究发现:不同材质制备的生物炭微观形态结构不同,秸秆态生物炭和木质生物炭孔隙结构优于鸡粪生物炭;随着制备温度的变化各类生物炭主要元素含量变化也不尽相同。550oC条件下制备的木质生物炭介导鸡粪厌氧消化单位VS产甲烷量最高,与对照组相比,提高了68.97%,并达到了极显著的水平。(2)以鸡粪为研究对象,进行了不同生物炭添加比例的厌氧消化试验,并以未添加生物炭的鸡粪单独厌氧消化作为对照,对比单位挥发性固体(Volatile Solid(VS))产甲烷率和气体成份的变化,并通过扫描电子显微镜观测厌氧消化后生物炭表面微生物附着情况,研究发现生物炭介导提高了鸡粪厌氧消化单位VS产甲烷量,提高了甲烷含量,降低了二氧化碳和硫化氢含量,生物炭较优添加量约为5%;生物炭表面及内部孔隙有大量的厌氧微生物附着。(3)基于前期试验得到的较优的添加比例和生物炭种类进行了正交试验和多因素试验,确定了生物炭介导的鸡粪厌氧消化最优工艺参数。以得到的最优生物炭添加参数为条件,中温条件下进行了生物炭介导的鸡粪半连续厌氧消化验证试验,并逐步提升有机负荷。对比分析了生物炭介导的鸡粪厌氧消化和鸡粪单独厌氧消化产气特性和料液特性。结果表明:生物炭介导的鸡粪厌氧消化最优参数如下,生物炭添加量为4.97%(占干基百分比);有机负荷为3.125 g·L-1·d-1;水力滞留期为20 d。最佳工艺参数条件下,平均容积产气率和产甲烷率分别为1.46 L·L-1·d-1和0.94 L·L-1·d-1,比对照组分别提高了10.61%和13.25%;单位VS日产气量和产甲烷量分别为468 mL·g-1和301 mL·g-1,比对照组分别提高了11.16%和13.16%。生物炭介导可以降低鸡粪半连续厌氧消化料液中总氨氮(TAN)和自由氨(FAN)浓度,降低料液中盐离子浓度,增强厌氧消化体系稳定性。生物炭可加强厌氧消化中不溶性物质转变成溶解态底物和厌氧微生物代谢溶解态底物产甲烷的过程。(4)对不同时间点半连续厌氧消化料液提取的全DNA片段进行高通量测序分析,对比研究了不同负荷下,生物炭介导和鸡粪单独半连续厌氧消化过程中微生物群落随时间变化特征。结果表明:鸡粪单独厌氧消化微生物多样性于门、纲和属水平均比生物炭介导鸡粪厌氧消化丰富;生物炭介导鸡粪厌氧消化减少部分微生物群落间冗余功能,加强鸡粪厌氧消化微生物群落结构稳定性,促进微生物种间代谢,提高甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)对氨氮的耐受能力;提高鸡粪厌氧消化体系中耗CO2的厌氧产甲烷的甲烷螺菌属(Methanospirillum)和甲烷杆菌属(Methanobacterium)的相对含量。