能源紧缺与环境污染的双重压力下，利用厌氧消化技术净化环境生产能源成为人们在当前的理想选择，但家庭模式自然发酵已经远远满足不了人们对净化环境和能源生产的需求，只有通过沼气生产的工业化和商品化，才能使厌氧消化这项生态环保型技术发挥它应有的作用，实现生态的良性循环和社会的可持续发展。但工业化生产的主要问题是反应速度慢，提高反应速度进而提高容积产气率、缩短投资回收期对推动其产业化意义重大。 提高厌氧消化速度是工业化生产沼气的核心所在。然而，厌氧消化是极为复杂的生物过程，在参与反应的众多微生物中，产甲烷菌的种类和密度是影响厌氧消化效率和甲烷产量的重要因素，因此优化产甲烷菌的种类、提高反应器内产甲烷菌的密度、实现反应器内微生物的高密度保持至关重要。本研究在反应器内部填加微生物载体，通过微生物在载体上的驻留达到菌种富集的目的，进而提高容积产气率。为此选择适合的载体材料，固定微生物，使固定化微生物能较长时间保持一定的强度和活性，从而降低固定化的成本，延长固定微生物的使用寿命，提高厌氧消化处理的效率，是研究的核心。 本研究以新鲜牛粪为处理对象，提出了手动循环物料筛选载体的方法，自行设计安装实验装置，并利用这种装置进行了微生物载体框架和载体材料的筛选实验。研究涉及空间载体框架的毒性；比较产甲烷菌在不同载体上的富集情况，包括活性碳纤维、活性炭颗粒、竹炭、陶粒、玻璃纤维和维纶纤维；采用对比实验的方法筛选出一种采用固定化微生物技术厌氧消化处理牛粪时使用的微生物载体材料。 反应器内需要添加合适的载体框架支撑载体材料，载体材料同样要长期浸泡在料液中，那么，就要求载体框架具有干扰性最小的特点。根据资料记载聚乙烯和聚氯乙烯满足作为载体框架的干扰性小的条件，对整体的厌氧消化反应没有太大影响。其中，加入聚乙烯框架的产气效果略高于空白对照组，加入聚氯乙烯框架的产气效果略低于空白对照组，但是与空白相比这两种的偏差都很小。而聚丙烯不仅可以作为载体框架，从产气角度分析，同样有做载体的潜质。 通过透射电镜和扫描电镜对物料中的细菌和载体附着情况的鉴定，以及产气量、pH值、辅酶F₄₂₀等指标的检测，发现各种载体中，活性炭颗粒从微观和宏观角度都体现了明显的优势，综合经济性和材料来源等因素，将其与聚丙烯配合形成复合载体是最佳的选择方案。 本文为牛粪厌氧消化处理的研究提供了新的思路。设计了一种全新的厌氧消化工艺，初步建立了微生物载体的选择分析体系，将为解决厌氧消化工艺设计、厌氧消化反应器结构优化设计、选择适当的微生物驻留载体提供重要参考，同样，为了进一步研究载体和细菌的关系及将工业化高效厌氧消化技术推广应用于畜禽养殖场废物处理等工程应用问题提供重要参考。