提高厌氧消化速度是工业化生产沼气的核心所在。然而，厌氧消化是极为复杂的生物过程，在参与反应的众多微生物中，产甲烷菌的种类和密度是影响厌氧消化效率和甲烷产量的重要因素，因此优化产甲烷菌的种类、提高反应器内产甲烷菌的密度、实现反应器内微生物的高密度保持至关重要。厌氧发酵过程的厌氧菌，尤其是产甲烷菌能够分泌一些胞外多聚物与微生物一起粘合附着在反应器内的载体上，形成生物膜停留在反应器内，可以最大限度的提高反应器中的微生物密度和厌氧消化速率。本研究以新鲜牛粪为处理对象，模拟工业化生产沼气工艺的两步发酵方法，自行设计安装了试验装置和载体框架，以活性炭纤维作为载体，在反应器载体填充率10％、7.5％、5％和无载体四个水平下进行了同等条件的批量和半连续进料两部分试验。论文的主要结果如下：1、在反应器批量进、出料，并且不对料液进行搅拌的情况下，反应器内添加载体虽然可以提高牛粪厌氧消化反应器的沼气产量和COD去除率，但在提高反应器的容积产气率方面未表现出优越性。在半连续进出料并且每天对料液进行两次搅拌的情况下，在反应器内添加载体不仅可以显著提高产气量和COD去除率，而且可以在很大程度上提高反应器的容积产气率。2、在试验条件完全相同时，7.5％载体填充率反应器产气量和COD去除率都明显高于其他组，5％载体填充率的反应器次之。而10％载体填充率反应器则由于过量载体的投入导致发酵效率低于空白对照。可见载体在提高微生物密度的同时，也影响反应器的容积利用率。确定合适的比例十分必要。3、不同载体填充率下进行的容积负荷对系统的影响研究结果表明：7.5％载体填充率反应器在进料量为3.2L／d时可获得最大容积产气率1.15L／L·d，并在此负荷下的COD去除率也高达47.38％，表现出了良好的抗冲击负荷的性能。4、通过扫描电镜对载体不同时期的观察可以看到，随着流动时间的延长，炭纤维表面附着的生物膜量不断增加，几乎覆盖住整个载体，而且渗透到炭纤维的内部。炭纤维存在较多的空隙，有利于厌氧微生物的附着和定植，更有利于微生物与基质的接触、分解和转化为甲烷。在珊瑚礁样生物膜的缝隙中，镶嵌着多种球菌和杆菌，生物膜中主要的菌群是甲烷鬃毛菌和甲烷八叠球菌。根据以往的资料显示，八叠球菌是产气较好的甲烷菌之一，这种菌的驻留会使整个产气效果明显提高。