当前，能源短缺及环境污染问题成为制约我国乃至世界经济发展的瓶颈，因此，作为化石能源的替代品，可再生清洁能源——氢能日益受到世人的重视，并引发了世界范围内研究氢能的热潮。有人预言，以氢能为基本能源推动社会政治和经济的“氢经济”时代即将到来。在常规的制氢方法中，均以消耗大量的不可再生的能源为代价,已不再适应社会发展的需求。而利用厌氧发酵微生物代谢作用制取氢气技术具有双重功效和可持续的特点，成为近几年世界各国的研究热点。　　本研究旨在以厌氧发酵法生物制氢技术为中心，对某些困扰生物制氢研究者的问题进行研究：这些问题包括对产氢－产酸发酵类型的发酵及产氢能力存在争议，缺乏量化的比较；产氢能力需进一步提高；混合菌种产氢发酵动力学模式较少研究，尚无完整的动力学模型供参考；生物制氢反应器仍停留在“黑箱操作”阶段，对微生物群落的结构和功能缺乏了解；一些重要的影响因子如产物反馈抑制的影响及模式缺乏研究，抑制浓度尚无定量化的结果。本研究即针对以上研究的不足，结合生物制氢反应器运行中所遇到的问题展开。目的是针对这些关键因素，解决发酵法制氢遗留的一些问题，并对采用新兴技术手段解析反应器内微生物的结构与功能方面作出了探索，同时完善产氢发酵理论，为工程应用提供理论基础和技术支持。　　采用控制初始启动条件的方法，分别在27d和30d成功的实现了丁酸型发酵和乙醇型发酵的快速启动，在相同的进水负荷和水力停留时间下得到乙醇型21.2mol/kgVSS·d和丁酸型11.1mol/kgVSS·d的比产氢速率，前者为后者的1.9倍；维持丁酸型发酵的耗碱量为乙醇型的7倍；乙醇型发酵在运行中不易发生转化，具有高的产氢稳定性，而丁酸型极易发生转化，产氢稳定性差。在高进水负荷下，乙醇型发酵得到最大产氢率6.1m3·m-3·d-1，丁酸型发酵得到最大产氢率4.2m3·m-3·d-1，乙醇型出现崩溃时的负荷比丁酸型高出26kgCOD·m-3·d-1左右，前者更容易实现高负荷运行和高产氢率，证实了乙醇型发酵产氢具有显著的优越性。　　通过小型间歇产氢试验，确定了半胱氨酸的最佳投加浓度为0.1g/L。通过连续流试验，确立了在进水中投加半胱氨酸同时直接向反应器内投加 Fe2＋的产氢强化策略，产氢能力短时间内在原来的基础上可提高18％左右。并通过对脱氢酶和氢化酶的活性的测定，分析认定产氢能力增强的主导因素为细菌酶活性的增强。　　分别确立了碳水化合物（还原糖）乙醇型和丁酸型发酵的微生物增殖、氢气生成和基质利用动力学模型，并对模型参数进行了推导，得出的动力学参数值为乙醇型：KS：2.7907g·L-1、μmax：0.0030h-1、Yp/x：8.3570mL·g-1、Yx/s：0.0268、m：0.0115 h-1、Yp/s：332.3740mL·g-1；丁酸型：KS：2.5448g·L-1、μmax：0.0032 h-1、Yp/x：5.9150mL·g-1、Yx/s：0.0350、m：0.0114 h-1、Yp/s：303.7646mL·g-1。理论数据和实验值的拟合良好，较好的反映了产氢发酵混合菌种的增殖、产物生成和底物(还原糖)消耗的变化规律，可以模拟发酵过程操作。　　利用荧光原位杂交技术（Fluorescence In Situ Hybridization，FISH）跟踪监测了发酵类型顶极转化过程中产氢关键菌的变化动态，这三类菌是Enterobacteriaceae、Clostridium histolyticum和Clostridium lituseburense，得出了这三类菌在演替过程中丰度的变化。结果表明，三者的数量同菌群的产氢能力存在密切关联，并分析了这三类菌在制氢反应器内的相互关系和在各发酵类型中所占有的地位，这项研究为进一步探明生物制氢反应器的群落结构与产氢能力关系以实现微生物群落的调控奠定了基础。　　对产氢发酵过程液相产物反馈抑制作用进行了考察和量化分析，发现不同液相产物对菌群存在不同程度的抑制。对于乙醇型HPFB，乙醇对发酵产氢的抑制作用不明显，而乙酸对菌群的发酵产氢有较明显的影响，外加乙酸浓度为15～20mmol·L-1时，菌群发生代谢流量的改变，产氢受到过程造成抑制；外加25～30mmol·L-1代谢进程受到抑制，产物总量大幅减少。对于丁酸型HPFB，丁酸和乙酸对菌群的发酵产氢均有明显抑制，外加丁酸和乙酸浓度分别为10～15mmol·L-1和15～20mmol·L-1时，菌群发生代谢流量的改变，产氢受到抑制；外加丁酸和乙酸20mmol·L-1和25mmol·L-1时代谢进程受到抑制，产物总量大幅减少。乙酸和丁酸仅易引起系统pH值的下降，而且产物本身可使菌群代谢流量发生改变，阻遏产氢过程。对于乙醇型发酵，仅抽提一种产物——乙酸即可有效的解除产物抑制，提高生物制氢反应器的产氢效率。同时对发酵菌群产物抑制机理及模式进行了分析，完善发酵产氢产物抑制理论。