目前我国对天然气的需求量在逐年增加,而天然气作为不可再生能源的一种,随着开采量的加大将不可避免的有面临枯竭的一天,因此寻求一种清洁、可再生的替代能源势在必行。沼气作为一种可再生能源,具有原料资源丰富和环境友好等特点,是一种理想的替代能源。一般情况下,经厌氧发酵产生的沼气中通常含有50%左右的CO₂,削弱沼气中CH₄的含量而使其无法被直接使用,因此对沼气进行提纯净化是目前的研究重点之一。已知在厌氧发酵过程中,氢营养型产甲烷菌可以利用H₂和CO₂生成CH₄,因此可以通过引入外源H₂来固定内源CO₂,从而实现沼气的原位提纯。这一过程能在消除CO₂的同时极大的提高CH₄的含量,实现沼气的高值化利用。本文分别以氢气及氢气和二氧化碳混合气作为原料气,通过富集培养一批富含氢营养型产甲烷菌的沼液,研究氢气的引入以及操作条件的改变对于厌氧发酵产甲烷过程的强化作用以及氢气对体系内微生物群落结构的影响。主要研究内容及结论如下:（1）高、中温条件下经富集培养的沼液均表现出出色的食氢产甲烷能力,高温条件下微生物对氢气的利用要强于中温。整个反应过程中甲烷含量最高值为97.03%,出现在55℃,氢通量800mL/d,反应转速为350rpm的操作条件下。实验过程中没有出现VFA的累积,说明没有明显的氢抑制现象产生,仅在中温条件下出现轻微的氢气气液传质限制,该现象随着混合强度的增加而减弱。需要引起注意的是氢气的引入会导致沼液pH快速升高,过高的pH不利于产甲烷菌的生长,因此可能会给反应带来不利影响。微生物分析结果显示,反应前后中、高温反应器中的古菌及细菌种群丰富度均有较大的改变,高温反应器中甲烷嗜热杆菌属（Methanothermobacter）、热孢菌门（Thermotogae）等嗜高温微生物的丰富度明显高于其他类型微生物;（2）以氢气和二氧化碳为原料气的发酵体系相较纯氢发酵体系,在受不利因素影响导致产气停止后,能较快恢复正常,因此恢复力稳定性相对较强。在H₂/CO₂=4:1,混合气进料900mL/d,反应器搅拌强度300rpm的操作条件下,沼气中甲烷含量达到最高值92.03%,当保持混合强度一致,增加混合气中H₂的比例反而导致沼气中甲烷含量的下降。沼气中始终存在10%左右的CO₂,很可能由微生物的其他代谢途径产生。整个实验过程没有发现明显的氢气气液传质限制和氢抑制现象。相比纯氢进料,混合气进料因存在外源CO₂使得反应过程对沼液pH的影响明显减弱。微生物分析显示,随着反应的进行微生物的多样性显著下降,反应后沼液甲烷嗜热杆菌属（Methanothermobacter）成为绝对优势种（95.97%）;（3）氢营养型产甲烷过程中,氢气的大量消耗通常在反应进行8小时左右发生,且甲烷的生成较氢气的溶解有一定的滞后性。适当的增加氢分压有助于削弱氢气的气液传质限制,但氢分压过高反而会抑制氢营养型产甲烷过程的进行。高的搅拌强度能促进氢气的气液传质,并增加高氢分压下的甲烷生成速率。