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以餐厨垃圾、厨余垃圾、果蔬垃圾和市政污泥为代表的城市生物质废物具有高含水性、高有机物含量和高固体含量等特点，使传统的垃圾处理处置方法难以适应。本文在小试规模上研究了城市生物质废物的两相厌氧消化特性，进行了产酸相发酵特点及其控制、产甲烷相消化性能的研究，并在中试规模上成功运行两相厌氧消化反应器，为实现城市生物质废物的高效处理处置奠定了基础。对产酸相在HRT=5d、OLR=20kgVS·（m3·d）-1条件下的水解产酸特点进行了研究。在该条件下产酸相通过动力学控制的方法成功实现了水解产酸细菌和产甲烷细菌的分离，该条件下产酸相可能形成丁酸型发酵或乙醇型发酵，但不会形成丙酸型发酵。形成乙醇型发酵时，乙醇和乙酸占发酵产物的80%以上，系统不产气，有机物去除率基本为零，而24.7%的颗粒有机物被水解为溶解性有机物；形成丁酸型发酵时，乙酸和丁酸占发酵产物的80%以上，氢气产率为1.03m3H2·（m3·d）-1，有机物去除率达到19.7%。对于以产甲烷为目的的厌氧消化工程，乙醇型发酵要明显优于丁酸型发酵。pH是产酸相发酵类型的决定因素之一，通过调控pH值的方法可以控制产酸相的发酵类型。当pH=4.0-4.5时，形成乙醇型发酵；当pH=5.0-5.5时，形成丁酸型发酵。产酸相的发酵类型对后续产甲烷相的产气速率有明显影响。产酸相的乙醇型发酵产物进入产甲烷相后，产气速率呈线性下降，而产酸相的丁酸型发酵产物进入产甲烷相后，产甲烷速率先上升后下降至稳定水平。这种差别的产生的原因是产甲烷菌难以直接利用丁酸。产甲烷相在有机负荷为6.1kgVS·（m3·d）-1至11.2kgVS·（m3·d）-1范围内运行稳定，pH稳定在7.5以上，没有出现酸化迹象。产酸相形成丁酸型发酵时，产甲烷相的甲烷产率最高为0.56m3CH4·kgVS-1，相应的有机物去除率为57.5%；产酸相形成乙醇型发酵时，产甲烷相的甲烷产率最高为0.63m3CH4·kgVS-1，相应的有机物去除率为66.1%。两相系统的整体有机物去除率在65%以上。在中试规模上实现两相厌氧消化，产酸相形成了丁酸型发酵。两相整体有机物去除率达到68.0%，甲烷产率为0.48m3·kg VS-1，氢气产率为0.05m3·kg VS-1。