我国农作物秸秆资源十分丰富,从这些秸秆废弃物中利用厌氧消化技术生产可再生能源（如生物甲烷）具有相当大的吸引力,这个办法既实现了秸秆废弃物的资源化管理,又对满足日益增长的能源需求具有重要意义。然而,这类生物质由于复杂结构导致的低水解率及在高有机负荷条件下易酸败等问题,其厌氧消化的能源回收效益时常受到限制。鉴于此,本文选择麦秸秆作为代表性的木质纤维素底物,首先研究了过氧化钙（CaO2）预处理耦合零价铁（ZVI）添加的策略对其厌氧消化的影响以解决秸秆生物质的水解局限,实现更高的甲烷产量。此外,本文还基于CaO2优异的释氧性能,利用其作为外源添加剂减轻秸秆厌氧消化在高有机负荷条件下的酸堆积,以进一步提高消化系统的稳定性。本文首先提出了将CaO2预处理和ZVI添加相结合的策略,以增强麦秸秆厌氧消化性能,试图利用ZVI的还原能力消除CaO2预处理残留氧化物的负面影响。因此,研究了不添加/添加ZVI时CaO2预处理对厌氧消化水解、酸化和产甲烷三阶段的影响。试验结果表明,在未添加ZVI的反应器中,随着CaO2预处理剂量（0、0.03、0.06、0.12和0.24 g/g VS）的增加,SCOD和VFAs的产量增加,而辅酶F420的活性与电子传递系统（ETS）的活性却下降。适量的CaO2有助于麦秸秆的水解,为产甲烷菌提供更多的养分,间接增加沼气产量,同时创造微氧环境刺激微生物的生长。相比之下,添加ZVI的反应器中的初始ORP急剧下降到-350 m V以下,为产甲烷菌的生长创造更适宜的厌氧环境。由于ZVI作为辅因子能刺激酶和细胞的合成且能够结合腐殖酸,释放原本被束缚的酶,ZVI的加入显著提高了纤维素酶、半纤维素酶、乙酸激酶和辅酶F420的活性,各酶活性提高百分比最高分别达138%、48%、35%和58%。同时,ZVI可为CO2转化为CH4提供电子,与未添加ZVI的反应器相比,添加ZVI的反应器的甲烷含量分别增加了8.1%、9.0%、11.2%、17.0%、18.0%。因此,0.6 g/g VS CaO2预处理和0.4 g/g VS ZVI添加的组合实现了最大的累积甲烷产量（154.1±7.5 m L/g VS）,与对照反应器相比增加了35.6%。本文之后评估了少量CaO2添加对提高麦秸秆高负荷厌氧消化系统稳定性的潜力。试验结果表明,在每两天向反应器中添加20 mg/L CaO2后,原本因严重酸堆积而濒临失败的消化反应器恢复了稳定。具体而言,CaO2的存在显著降低了挥发性脂肪酸（VFAs）浓度并且促使了p H的回升,从而将日甲烷产量从24.6±0.4 m L/g VS added提高到80.9±0.7 m L/g VS added。结合反应器性能、碳质量平衡、细胞活力、微生物群落和宏基因组测序分析的结果,本研究发现,CaO2能够通过释放氧气创造微氧环境,这促进了兼性细菌通过有氧呼吸将VFAs前体物（乙酰辅酶A）转化为CO2,从而降低了VFAs的浓度,并在这个过程中触发了更高效的能量代谢。此外,定期向反应器加入少量CaO2后,乙酸营养型和氢营养型产甲烷途径均得到增强。同时,CaO2介导的厌氧消化系统通过形成微生物聚集体保证了产甲烷菌的存活,而这种聚集体也能够稳定微生物的多样性和促进群落间的相互沟通。