随着社会的发展,全球的能源需求也在不断增加,更高效的利用各种能源成为了人们迫切的希望。我国是农业大国,将难于生物降解的木质纤维素类生物质通过热化学的方式转化为合成气(主要成分为CO、H2),进而通过厌氧发酵将合成气转化为高附加值产品对我国合理的资源利用具有重要意义。但目前对合成气厌氧发酵的利用还存在利用率低,高CO分压会对产甲烷菌活性产生明显的抑制等问题。本研究围绕合成气厌氧发酵的高效高值化利用进行研究,得到的主要试验结论如下:(1)本研究首先通过间歇实验研究不同恒定pH(9和10)和温度(中温和室温)对CO和H2/CO2转化制乙酸的影响。间歇实验的结果表明pH9相比于pH10更有利于微生物转化合成气定向产乙酸,中温和室温条件均适于微生物转化合成气定向制取乙酸,浓度分别为7326.7mg/L(pH9,中温)和7149.6mg/L(pH9,室温),占总挥发性有机酸(TVFA)的比例分别为77.2%和83.8%。进而根据间歇实验的结果进行连续实验来考察合成气产酸能否稳定运行与合成气通入负荷对合成气定向转化乙酸的影响。连续实验结果表明随着合成气通入量的增加,CO和H2的转化率均在90%以上。但中温反应器在运行过程中会有甲烷的生成,并且随着通气量的增长,甲烷含量也不断增加。因此本实验表明室温,pH恒定为9的发酵条件适宜微生物利用合成气定向制取乙酸,也表明在此条件下微生物转化合成气高效定向制取乙酸具有长期稳定运行的可行性。(2)考察添加不同外源介质(糠醇渣热解碳、木屑热解碳、沸石粉、皂土、磁铁粉、零价铁、颗粒活性碳、悬浮生物填料、聚胺酯生物填料和褐猛矿)对合成气厌氧发酵转化效率、产物以及微生物群落结构的影响。其中磁铁粉、褐猛矿、木屑热解碳和沸石粉可以明显的促进体系吸收CO产甲烷,甲烷产量比空白组对比分别提高了 99.0%、90.8%、54.6%和44.4%。悬浮生物填料和聚胺酯生物填料的则在明显抑制了体系产甲烷的同时,促进了体系产酸,与空白组相比酸产量分别提高了 130.0%和192.9%。而糠醇渣热解碳、皂土、零价铁和颗粒活性碳对厌氧发酵体系没有产生明显的影响。古菌属水平上Methanosarcina在所有样本中都是优势菌种(29.7%-73.9%);细菌门水平上Firmicutes在所有样本中为优势菌种(51.4%-71.3%)。此外,通入合成气后,Actinobacteria、Proteobacteria丰度分别提高了 5.75%-23.7%和 1.61%-11.39%。(3)考察了在中温和高温条件下合成气与餐厨共发酵产甲烷的性能,并研究了不同发酵条件对微生物群落结构的影响。研究发现在不同通气量时,H2和CO的吸收率均高于96%;中温和高温条件下VS分别从1.76%和1.11%(Phase_I)下降至0.43%和0.40%(Phase_V)。这表明与合成气共发酵提高了餐厨的转化率,且合成气利用率在96%以上。此外,在高温条件下当合成气通入量为3L/d时,甲烷产量达到了 7143.5mL/d,比中温条件下的甲烷产量提高了 17.9%,说明高温条件更适合于合成气和餐厨共发酵产甲烷。微生物群落分析结果表明高温古菌菌群以Methanosarcina为主,而中温古菌菌群则是以Methanosaeta为主。由于Methanosarcina产甲烷主要通过耗氢途径,而Methanosaeta产甲烷则主要通过耗乙酸途径,这说明在高温环境下,餐厨厌氧发酵产甲烷的过程以耗氢产甲烷途径为主,而在中温环境下则是以耗乙酸产甲烷的途径为主。