针对当前能源匮乏、重金属污染普遍以及重金属修复植物难以利用等问题,本研究通过将土壤重金属污染修复植物苜蓿草与牛粪混合进行厌氧发酵,结合相关模型探寻其最优产气处理方式;在最优处理的基础上进行厌氧发酵过程机制研究;通过添加外源重金属,探寻苜蓿草厌氧发酵优化方案,阐明重金属污染植物用于厌氧发酵的可能性,为重金属污染植物生物能源再利用提供理论支撑。结果如下:(1)发酵周期为45天时,未进行酸预处理的牛粪与苜蓿草投料比为2:1的处理组累积产气量(71.77mL/gTS)最高,并在较短发酵周期(14天)内的日产气量(5.53 mL/gTS)较高;基于改进Logistic方程可预测出最大理论产气量,并通过双因素无重复实验方差分析发现不同原料配比的处理方式对最大理论产气量存在显著性影响(显著水平P<0.05)。(2)基于最优投料比的发酵实验发现,苜蓿草在发酵初期可释放重金属,使得实验组具有远高于对照组(仅以牛粪为原料进行发酵)的挥发性脂肪酸(VFA)含量,造成系统中pH过低,进而抑制厌氧发酵的进行;底物分解产生的NH4+-N可中和部分酸,使得发酵中期pH开始上升,并造成系统以产甲烷菌属为主要的微生物丰度及多样性增加的现象;过酸环境中大量被释放的水溶态金属Fe和Ni可激发产甲烷菌属活性,促进辅酶F420活性的提升,使得系统积累的VFA、有机物(以化学需氧量COD表示)等被高效利用,使得厌氧发酵中期产气量及最终累积产气量快速增加。此外,苜蓿草厌氧发酵后各个重金属大部分形成了Fe/Mn氧化物结合态、有机物及硫化物的结合态和残留态,可降低后续资源再利用过程中重金属对环境的危害。(3)在苜蓿草厌氧发酵系统中添加不同组合形式的Zn、Co、Ni和Cu重金属,发现只添加金属Cu的实验组表现最好,其累积产气量和日产气量均较高,并且发酵结束后系统中重金属的Fe/Mn氧化物结合态、有机物及硫化物结合态和残留态含量较高,可降低后续资源化再利用的金属毒性风险。本研究就复合金属污染植物厌氧发酵过程的机制及适用模型进行探索,得到复合重金属污染苜蓿草的厌氧发酵产气最优预处理方式及原料配比,以及厌氧发酵过程中重金属形态变化对厌氧发酵各指标的影响,发现复合重金属污染苜蓿草厌氧发酵的优化方案,为金属污染植物修复产生的废弃物资源化利用提供新思路。