我国是农业大国,每年都会产生大量的农业废弃物,这些农业废弃物的不妥善处理和排放造成大量的环境问题并影响人类的健康。利用农业废弃物为原料进行厌氧发酵既可以生产沼气缓解能源短缺,又可以避免因其随意的处理而产生的环境问题,具有环境保护和能源开发双重意义。但是在厌氧发酵过程中沼气的静置沉淀以及结壳会造成许多不利于厌氧发酵的情况出现,机械搅拌被认为是最有效的解决上述问题的手段,现阶段由于缺少发酵料液基础物性的研究,搅拌设计大多依据经验,很难进行准确的掌握。本文受到农业公益性行业科研专项(201403019-1)和河南省基础与前沿技术研究项目(14230041014)的支持,在广泛的了解了国内外沼气搅拌的研究现状后,综合分析了当前机械搅拌发展的优缺点,根据本课题的要求,提出了先对发酵液物性进行分层测量,而后根据其物性结合化工和食品的搅拌原则对沼气搅拌器进行选型的思路,并进行搅拌状态下的发酵试验研究,探索各搅拌参数的最优组合。本文首先研究了在厌氧发酵过程中各层料液的粘度、密度以及TS浓度分布情况,得出以下结论:1、发酵过程中牛粪、秸秆、混合料液的粘度变化范围分别是4.3-185mPa·s、3.3-175 mPa·s、3.8-157 mPa·s(不考虑结壳情况下),属于低粘度范围。料液的粘度大小受其原料、浓度、温度以及发酵反应的影响:相同条件下,秸秆料液的粘度值最小,牛粪料液的粘度值最大;相同原料的条件下,料液的粘度值随着料液浓度的增加而增大,随着发酵反应的进行而下降;高温条件下料液的粘度值小于中温条件。2、牛粪、秸秆、混合发酵料液的密度变化范围分别是0.88-1.07 g/cm3、0.79-1.01 g/cm3、0.93-1 g/cm3,发酵过程中,料液的密度的变化与反应不同阶段有关,在物料的混合水解阶段,料液的密度增大,在发酵反应阶段,随着原料的消耗和反应物的生成,其密度值逐渐下降。3、发酵料液的TS浓度的分布受物料沉积的影响。在反应器中,大部分物料和细菌沉积在反应器底部,少量物料漂浮在反应器上层,极少部分物料悬浮在中层。下层料液是发酵反应的主要部位,其随着发酵反应的进行变化速率加快。4、发酵料液的基础物性的研究基础上,结合化工和食品对搅拌器选型的方法,得出适用于沼气发酵的三层平桨低速搅拌模型。同时开展了搅拌状态下的发酵实验,得出了在60rpm下,4次/天、每次搅拌1min的最佳组合。本研究仍然存在的不足之处,今后还会扩大搅拌参数和物料的范围进行进一步的试验研究,得出搅拌转速、搅拌频率以及搅拌时间对厌氧发酵特性的影响,进一步完善沼气搅拌的选择和应用。