针对当前生活污水中含有表面活性剂、秸秆和牲畜排泄物处理率不足以及生物能源需求迫切等问题,本研究在以牛粪和玉米秸秆为底物的混合发酵体系中添加不同浓度表面活性剂,研究其对混合发酵产气的影响,并采用修正后的Gompertz模型进行拟合,分析其产气潜力;在得到最优浓度之后,结合发酵过程中的产气特性、酸碱度、原料降解、酶活性及微生物特性,利用单因素方差、相关性分析等统计学手段,分析发酵过程中各指标的变化和相互关系,研究不同表面活性剂影响下的厌氧发酵机制,支撑废水废物的处理处置和再利用,以及生物能源的产出。主要的统计和实验结果如下:(1)阴离子型表面活性剂(LAS)与阳离子型表面活性剂(DDBAC)对厌氧发酵产气的影响表现为低促高抑,临界浓度分别为10 mg/L和20 mg/L,并且低浓度DDBAC对产气的促进作用与高浓度对产气的抑制作用均弱于LAS;研究范围内(0-100 mg/L)的不同浓度非离子型表面活性剂(TX)均促进产气;添加低浓度LAS使产气峰期提前,并显著提高产气峰期的日产气量及产气高峰值,提高累积产气量。Gompertz模型拟合结果显示较高浓度下LAS及DDBAC对最大产气速率的限制作用大于TX;DDBAC对发酵过程中产气量和产气速率的影响大于LAS和TX,最终导致其产气效果略逊于相同浓度下的LAS和TX组。(2)1 mg/L LAS和TX对混合厌氧发酵累积产气量的促进作用优于DDBAC,分别提高了 62.76%、36.96%、6.85%;LAS、TX组通过延长产气峰期,提高日产气量达到提高最终累积产气量的效果;LAS、TX和DDBAC均使辅酶F420活性降低,进而降低了产气中的甲烷含量(各组的Pearson相关系数及其显著性水平:LAS 0.755,p<0.05;TX 0.770,p<0.01;DDBAC 0.777,p<0.01),并且 LAS、TX对产甲烷的抑制作用高于DDBAC;DDBAC和LAS组的甲烷含量并未随着辅酶M的活性得到提高而增加。(3)LAS、TX组中既促进牛粪中有机氮转化为NH4+-N,同时通过增加参与水解、酸化反应的厚壁菌门与拟杆菌门类的丰度,得以使更多底物转化为VFA。LAS组中拟杆菌门与VFA浓度之间的正相关关系(0.998,p<0.01)说明此类细菌利于底物降解。得益于此类酸性、碱性物质构成的缓冲体系形成更好的发酵环境、更适宜的pH条件;各组在发酵后期的纤维素杆菌门(Fibrobacteres)增加促进纤维素水解。另外,TX组中拟杆菌门的存在有利于木质素降解(两者之间的相关系数为:-0.955,p<0.05)。经过单因素方差分析,LAS、TX对日产气高峰、纤维素酶活性提高、VFA浓度增加以及木质素降解均有显著性影响(p值均小于0.05),效果优于DDBAC。(4)表面活性剂添加并未改变各组发酵系统内的优势种群,主要门类分别为厚壁菌门、拟杆菌门。通过Observed species指数在整个发酵过程中的波动情况可以得出,LAS和TX这两种表面活性剂对发酵体系内的微生物物种数量变化影响相对较大。但是,这两组在产气峰期内的Shannon和Simpson指数较高,表明此阶段内的物种多样性及均匀度优于空白组(CK)及DDBAC组。(5)各组在发酵过程中共有的真菌是子囊菌门和担子菌门,一些未命名门类真菌也占据一定丰度。子囊菌门中的曲霉目分泌木聚糖酶参与半纤维素的水解反应,CK、DDBAC、LAS和TX中的曲霉相对丰度逐渐增大,但由于pH影响酶活性进而使各组间半纤维素降解差异不大。LAS组的子囊菌门相对丰度与VFA浓度正相关(0.998,p<0.01),说明此类真菌也参与到底物降解中。TX组的担子菌门丰度与木质素含量呈负相关关系(-0.956,p<0.05),说明此类真菌丰度提高有利于木质素降解。LAS组中未命名门类真菌与产甲烷菌的互养关系增加后期产气中的甲烷含量;TX有利于维持发酵系统内真菌群落结构稳定性,但降低了真菌的多样性;CK、DDBAC、LAS三组的真菌群落结构变化较大,多样性、均匀度及群落数量波动较大。本研究探究了不同表面活性剂的不同浓度梯度对混合厌氧发酵产气的影响,采用修正后的Gompertz模型分析其产气潜力,并进一步利用单因素方差、相关性分析等统计学手段,对表征发酵过程中的产气特性、酸碱度、原料降解、酶活性及微生物特性等指标的变化和相互关系分析,探索不同表面活性剂对混合厌氧发酵的过程机制影响,对开展农业废弃物与污水的处理处置和生物质能源的开发提供一定程度的参考。