为提高牛粪厌氧发酵的甲烷产量，利用两相厌氧发酵技术研究牛粪酸化处理中的酸化时间、搅拌频率、料液浓度和氮素添加量等条件对产甲烷量的影响。在单因素试验基础上选取酸化时间、料液浓度、氮素添加量为自变量，以甲烷总产量为响应值，采用三因素五水平的响应面分析法建立酸化处理条件对甲烷产量影响的回归模型，并进行显著性和交互作用分析。利用16S rDNA克隆文库技术分析了酸化处理前后细菌的多样性。利用全混式固定床作为厌氧发酵反应器，以酸化处理后的牛粪为原料进行厌氧发酵，研究不同载体材料对厌氧发酵甲烷产量和化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率的影响。同时以筛选所得材料为固定床载体，研究了固定床运行参数对厌氧发酵的影响。酸化处理单因素试验结果表明最佳的酸化时间、搅拌频率、料液浓度、氮素添加量分别为96.0h、3times/24h (60r/min，每次1min)、8.0%、0.58g/L。响应面分析结果表明在35℃、搅拌频率为3times/24h(60r/min，每次1min)酸化条件下，对甲烷产量影响效应顺序依次为：酸化料液浓度>氮素添加量>酸化时间；优化所得酸化处理条件为：酸化时间93.7h、料液浓度8.3%、氮素添加量0.58g/L。在优化酸化处理条件下的沼气产量、甲烷含量、VS去除率和COD去除率分别提高了44.6%、14.3%、41.7%和33.9%；挥发性有机酸(volatile fatty acid, VFA)含量提高了1.1倍，其中乙酸含量提高了1倍；同时对纤维素、半纤维素和木质素的降解率均有不同程度的提高。酸化处理前后料液微生物多样性的分析结果表明，酸化处理前的细菌主要包括专性厌氧的拟杆菌属(Bacteroidetes)、兼性厌氧的肠杆菌属(Enterobacter)、好氧的分散泛菌(Pantoea dispersa)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)以及一部分未培养菌(Uncultured bacterium)。酸化处理后的细菌主要包括拟杆菌属(Bacteroides)、毛螺菌属(Lachnospiraceae)、梭菌属(Clostridiales)、理研菌属(Rikenellaceae)和瘤胃细菌(Uncultured rumen bacterium)以及一部分未培养菌(Uncultured bacterium)。固定床载体材料的筛选试验结果表明，在竹纤维、碳纤维以及塑胶网等材料中，使用碳纤维薄膜作为固定床载体具有高的甲烷产量和COD去除率，与对照相比，沼气产量、甲烷产量和COD去除率分别提高了12.1%、15.6%和17.5%。以碳纤维薄膜为固定床载体材料对酸化处理的牛粪进行厌氧发酵，通过对固定床搅拌间隔、进料浓度、运行温度以及水力停留时间等参数的单因素试验，根据对甲烷产量和COD去除率显著性的影响，分析得出在最佳的机械搅拌间隔为24h、最佳的料液浓度为8%、最佳运行温度35℃、最佳HRT12d。本试验通过对酸化处理条件的优化、固定床载体材料筛选以及固定床运行参数的研究得出一套以牛粪为发酵原料全混式固定床两相厌氧发酵工艺。该工艺有利于甲烷的产生，可提高甲烷含量及去除率。