能源短缺已经成为全世界关注的问题,生物质燃料一定程度上可以替代天然气,因此全世界的沼气产业正在蓬勃发展。大型或特大型厌氧发酵工程启动时所需的接种物数量巨大,往往不能一次性收集完全,存在启动时间长并且启动成本高的问题,一定程度上影响了沼气生产效率。为了节约沼气工程启动成本并缩短启动时间,为沼气技术的推广使用提供理论基础,本研究使用稻草与粪便混合,在不外加接种物的条件下,直接启动厌氧消化系统,并通过添加营养物质提高启动速度和产气性能。(1)研究了稻草与牛粪、猪粪以4种比例混合对稻草厌氧消化系统启动效果的影响。结果表明:除了稻草与猪粪以挥发性固体含量(VS)比为4:1混合的实验组外,其他混合比例均可以成功启动。稻草占比越低则启动速度越快、厌氧消化性能越好。粪便量充足的情况下,推荐使用稻草与牛粪(或猪粪)按照VS比1:2混合,启动厌氧消化系统。(2)研究了不同营养物质及不同添加量对稻草与牛粪VS比4:1混合启动厌氧消化系统的启动速度及产气性能的影响。添加0.3 g葡萄糖或磷酸盐(以0.8 L有效容积计)对加快稻草与牛粪混合厌氧消化启动的效果最佳,恢复产气的时间均比不添加营养物质的实验组提前了 58.62%,VS降解率提高了 30.30%-45.75%,累积产甲烷量提高了 30.10%-38.46%。通过CSTR反应器将批式实验放大10倍,发现稻草与牛粪以VS 4:1比例混合时,启动过程中的产甲烷速率能达到外加接种物的对照组的产甲烷速率水平,且稳定后的甲烷含量高于对照组10.07%-13.40%。启动阶段,添加葡萄糖或磷酸盐的实验组比不添加营养物质实验组所需的时间缩短了11.11%-22.22%,且VS降解率更高。使用稻草与牛粪VS比4:1混合启动沼气工程与添加接种物相比,可以节省64.39%的运输费用。(3)通过高通量测序对序批反应启动过程期间的微生物群落结构变化情况进行分析。启动过程中的细菌菌群丰度及菌种结构变化可以说明添加磷酸盐促进了反应体系启动过程中的菌群向稳定转化。各组样本中的细菌和古菌的优势菌种均相同,说明使用稻草与牛粪混合启动的反应系统稳定运行时的群落结构与添加接种物无明显区别。总之,不外加接种物的情况下,使用稻草与粪便以合适的比例混合可以成功启动厌氧消化系统,添加葡萄糖或磷酸盐可以加快启动速度,本研究为实现不添加接种物快速启动沼气工程提供了理论支撑。