随着我国社会经济的发展和城镇化水平的提高以及人们对环境保护意识的增强,城市污水处理率在逐年提高,污水处理厂的污泥产量也在急剧增加。目前,许多污水处理厂的污泥处理多采用简单的浓缩脱水。对于大量中小型污水处理厂,污泥消化系统建设滞后,污泥中有机物未经稳定便随意堆放,在雨水的侵蚀和渗漏作用下,极易对环境造成二次污染。针对这一情况,开发适合中小型城镇污水厂污泥处理的技术和设备十分必要。目前有关污泥厌氧消化的研究,其污泥有机质含量通常较高,但对于有机质含量偏低的剩余污泥,其厌氧消化的研究报道较少。为提高城镇污水处理厂污泥的减容和稳定效果,本研究通过对污泥重力浓缩池、高速消化池及IC反应器、UASB反应器和EGSB等高速厌氧反应器技术的集成,在小试研究成果的基础上优化设计出了污泥浓缩消化一体化中试反应器。中试反应器有效容积1805L,设计投配率为30%,采用中温厌氧消化。研究主要内容包括:中试反应器水力特性研究、反应器的启动和运行效能研究以及动力学特征研究。取得的主要成果有:水力特性实验表明,内循环气体回流量从0 L·min^-1增加到12 L·min^-1的过程中,反应器的流态从推流式趋向混合流;当气体回流为12 L·min^-1时,完全混合流态势最强;进一步增大回流量,混合程度有所降低。通过对中试反应器内外室取样口浓度的跟踪监测,发现泵射进泥方法带有初始速度,对反应器外室会造成冲击,不利于污泥在外反应室的浓缩。中试反应器采用逐渐培养法启动成功。启动试验结果表明,在35±2℃、投配率为10%的条件下,经过约55d的启动运行,中试反应器内各项监测指标逐渐稳定。启动过程中未发生酸化现象,说明反应器启动选择有机物含量较低的二沉剩余污泥较为合适。反应器在投配率为12%、18%、24%、30%和40%的情况下分别进行了处理效能试验研究。研究发现,在投配率为24%时,温度33³5℃下,最大产气量达到340L/kgVSS,均值为231.3L/kgVSS,其中CH4含量为62.66%,经过处理后污泥的VS/TS降至0.212,VS/TS减少了21.6%,排泥含水率约90%,污泥体积减至进泥体积的1/10,污泥浓缩消化效果显著。论文进一步研究了温度变化对反应器处理效能的影响。结果表明,当温度维持在33³5℃时,反应器运行良好,产气量约300L/d;当反应器温度下降到32℃,产气量开始大幅下降,降幅达1/3;当反应器内温度下降到30℃,产气量急剧下降,降幅超过2/3;一旦反应器温度低于28℃后,中试反应器基本停止产气。论文对反应器的运行能耗作了分析,发现反应器耗能与生污泥温度直接相关,当生污泥温度高于25℃时,能耗约15 kWh/m³污泥;当生污泥温度低于18℃时,能耗将超过40 kWh/m³污泥。论文对中试反应器有机物去除动力学进行了分析。基于米-门公式,结合分析试验数据求定了中试反应器有机物的降解动力学参数K_s、ν_max。通过对不同投配率下有机物降解速率与产甲烷速率关系的研究,得到反应器的甲烷产率系数y=0.362mL/mg,该值与理论值0.35 mL/mg接近,说明中试装置设计较为合理。运行期间,反应器内部的pH值维持在7.0左右,VFA在150²50mg/L,碱度在1500 mg/L水平,表明反应器具有抵抗冲击负荷的能力,具有良好的厌氧消化和浓缩的条件。