厌氧发酵是有机废弃物处理的重要技术途径之一,但目前仍存在一些瓶颈问题,如利用厌氧发酵技术在高负荷条件下处理有机废弃物过程中,因厌氧发酵底物的理化性质与微生物的生理和代谢需求不匹配,中间代谢产物(氨氮、有机酸等)累积,影响微生物活性,导致底物降解缓慢、.沼气生产效率低,发酵稳定性不足等问题。近年来,生物炭被用于厌氧发酵研究,有效提高了厌氧发酵过程有机废弃物的处理效率和系统的产气能力。然而,目前对生物炭强化厌氧发酵技术的研究仍不够系统,技术还不够成熟。本研究以林业采伐剩余物为木质生物炭源,利用生物质连续炭化内加热热解装置制备生物炭。同时采用元素分析仪、比表面及孔径分析仪、扫描电镜、气相色谱、化学分析仪、电感耦合等离子体(ICP)分析仪等先进仪器,表征生物炭及其理化特性。以玉米秸秆作为厌氧发酵底物,利用AMPTS全自动甲烷潜力测试系统和连续式厌氧发酵平台等,通过控制生物炭的种类、粒径、灰分含量和添加剂量等关键因素,进行生物炭强化序批式厌氧发酵和高负荷条件下的连续式厌氧发酵研究。通过分析生物气成分、产量,系统氨氮、有机酸含量,以及微生物群落特征、微生物与各种环境参数的关系等,全面揭示生物炭对厌氧发酵产气性能及系统长期运行稳定性的影响规律。主要研究结论如下:(1)木质生物炭具有孔隙结构复杂,灰分、碱土金属元素含量高,比表面积大,导电性和吸附能力强等特性,其中杨木生物炭碱土金属元素含量最高(68.84mg/g),pH值、比表面积和氨氮吸附能力最大,且杨木生物炭粒径越小,pH值越高(最高为10.1),比表面积越大(最大为45.87 m2/g),吸附能力越强。(2)木质生物炭对厌氧发酵产气能力具有显著影响(P<0.05),其中杨木生物炭对厌氧发酵系统影响最显著(P<0.05),且杨木生物炭粒径越小(粒径<0.5 mm)底物水解速率越大,厌氧发酵系统产气能力越强。适当的灰分含量(2.6 g/L左右)能进一步提高厌氧发酵系统的产气能力。(3)杨木生物炭用量为8 g/L时对厌氧发酵强化效果最好,加快了底物的降解、挥发性脂肪酸的生成和转化速率,减缓了 NH3-N浓度下降的速度,提升容积产气率18.6%、CH4含量7.40%,同时降低CO2含量5.90%。(4)生物炭的添加促进了细菌(水解、酸化相关)和古菌(产甲烷相关)的生长繁殖,抑制了与CO2产生相关的Candidatus_Cloacamona的生长,改变了微生物群落结构,也提升了微生物菌群对环境的适应能力。