现阶段的生物质制取沼气存在着发酵底物利用不彻底,沼气实际转换率不高的问题(一般只能达到理论产甲烷量的30%~40%),为此前人试图采用添加某种物质来激发或催化这一过程,并验证了对于促进发酵过程和提高甲烷产量有不同的效果,然而对于磁铁矿石和沸石等矿物类添加剂则缺乏研究。本研究以羊粪和小麦秸秆及其混合原料(粪秆比为1:9、3:7、5:5、7:3和9:1)为底物,通过添加磁铁粉和沸石粉(添加剂量0 g、1.5 g、3 g、4.5 g和6 g),探究其对厌氧发酵特性的影响,旨在为这类添加剂在生物质发酵产沼气过程中的使用提供一定的理论依据和参考价值。通过对厌氧发酵过程中甲烷产量、pH、铵态氮、挥发性脂肪酸、碱度以及脱氢酶活性等指标的动态监测,通过响应面优化得出两种添加剂作用下最优底物配比和最佳添加剂量,结论如下:(1)添加磁铁粉可以加速发酵系统中产甲烷阶段的启动,麦秆和羊粪产气高峰出现时间分别比对照组提前了8~10天和3~4天,并以添加3 g磁铁粉的产气效果最好:麦秆和羊粪的累积产甲烷量分别为6014 mL和5906 mL,比对照组分别提高了44.74%和29.71%,达到了极显著水平;混合底物发酵时,磁铁粉添加剂量与粪秆比之间存在显著的互作效应,其中以粪秆比为5:5、添加3 g磁铁粉时累积甲烷产量最高,为8875 mL,比对照组高28.23%,经响应面分析法预测,混合底物中羊粪占51%时,添加3.71 g磁铁粉时有理论最大累积甲烷产量9002 mL。(2)沸石的添加可以提高发酵的产气峰值及累积甲烷产量,尤其是对含氮量较丰富的羊粪,效果更为显著。麦秆发酵时以添加1.5 g沸石粉的处理的累积甲烷产量最高,羊粪发酵时累积产气量以添加4.5 g沸石粉的处理最高,较对照组分别提高了29.12%和45.64%,差异性都达到极显著水平;混合发酵时,以粪秆比为5:5、添加1.5 g沸石粉处理的累积产甲烷量最高,为8667 mL,显著高于对照组;响应面分析预测混合底物中羊粪的含量为55%时,添加1.97 g沸石粉有最大理论累积甲烷产量8773 mL。(3)磁铁粉和沸石粉混合添加时,麦秆、羊粪以及秆粪混合时都以1.5 g磁铁粉+0.75g沸石粉处理的累积甲烷产量最高,分别比对照组提高了53.90%、4.09%和16.68%,均达到显著水平;响应面优化羊粪比例和混合添加剂剂量,得出混合底物中羊粪含量为43%,添加1.65 g磁铁粉+0.83 g沸石粉时可获得最高累积甲烷产量8006 mL。(4)磁铁粉和沸石粉的添加能帮助发酵系统维持良好的发酵环境:缩短pH恢复期、TAN含量随着两种添加剂剂量的增加而降低,减少了氨抑制的风险;VFA/碱度均低于对照组,降低了系统酸化的风险,且系统中脱氢酶活性显著高于对照组。