南四湖是南水北调东线工程重要的输水通道和调蓄湖泊，南四湖流域的控污效果决定着南水北调东线工程的成败。然而，南四湖区农村生活垃圾和农业废弃物随意露天堆放现象普遍，目前年均有机废弃物排放总量57万t，严重污染了土壤和水环境。因此，必须对南四湖区农村的固体废弃物进行有效利用和治理，才能保障南水北调工程的水质要求。据调查，南四湖区农村的固体废弃物主要为生活垃圾、畜禽粪便和农作物秸秆，这些都是沼气发酵的良好原材料。通过沼气发酵，不仅能使这些废弃物变废为宝，更能减少固废对南四湖水体的污染，有效地改善南四湖的水质。作为应用最广的沼气发酵技术，农村户用沼气尚存在技术不成熟、分布不集中、发酵原料不统一以及缺乏技术人员有效管理等问题。尤其在冬季，气温低易导致沼气池零产气，严重影响了农户使用沼气的积极性。针对上述问题，本研究在传统农村户用沼气发酵工艺的基础上，提出了太阳能增温/催化优化工艺，并结合南四湖区域内特定的自然人文条件，选定适合南四湖区域的沼气发酵原料，形成了一套集安装运行、进出料、温控保温和沼肥应用的农村户用沼气体系，并探讨了该体系的技术和经济可行性。研究成果如下：(1)实验室规模内研究了不同发酵温度(25℃，35℃，45℃)、发酵液总固体浓度(8%，12%，16%，20%)对厌氧消化产气性能的影响。结果表明，控制发酵温度35℃和总固体浓度16%可以最大程度地优化产沼微生物的生长代谢环境，显著提高厌氧消化产气性能，研究结果为后续试验以及现场中试沼气发酵的参数选择提供理论依据。(2)根据南四湖区域示范区内日照情况的分析和示范区内发酵原料的比较，选用兔粪作为该地区的新型沼气发酵原料，并探讨了兔粪的厌氧消化产气性能，研究了碾碎预处理和催化剂(沼气发酵促进剂)对兔粪发酵产沼气的影响。实验周期内，经过碾碎预处理的兔粪最大日产气量和总产气量分别为489mL和2666mL，分别比空白提高了65.8%和18.1%。结果表明，碾碎预处理能很大程度地提高兔粪产气性能。然而在第16个产气日后，碾碎组由于原料过度消耗和兔粪粒径过低引起的原料上浮结壳，影响了沼气的产量，低于空白组。催化处理后兔粪厌氧消化的启动时间由5d缩短为3d，而最大日产气量和总产气量分别为1150mL和5013mL，分别比空白降低了4.3%和提高了4.5%，可见添加催化剂对兔粪产气效力的影响不大，只是缩短了厌氧消化的启动时间。(3)基于室内试验成果，在南四湖示范区内进行了现场中试，在传统农村户用沼气池的基础上添加了太阳能增温和催化制沼气工艺。实际结果表明，该系统冬季运行良好，在空白组冬季零产气的情况下，试验组平均池压为1.2kpa，最低池压为0.7kpa。此外，太阳能增温沼气池是利用太阳能热水器中热水循环对其进行传热增温，为了降低其运行成本、优化高效运行，本文设计了三种热水循环方式：一次循环、间歇循环和连续循环。结果表明：间歇循环单位运行成本的传热量为41.57kJ/(kw·h)，相对于一次循环的7.21kJ/(kw·h)和连续循环的2.20kJ/(kw·h)，在运行效率上呈现出明显优势。综上成果，通过对技术可行性和经济可行性的验证，进一步地证明了太阳能增温/催化沼气池是一套经济、可行的适合南四湖地区的农村户用沼气发酵系统。