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两相厌氧工艺是人为将厌氧发酵过程中产酸相和产甲烷相分离,产酸相和产甲烷相的分离是优化了两者的各自功能,还是阻碍了两者的协同关系,尚存争议。针对这个问题,本研究以纤维质物料、易降解物料及含硫酸盐废水三种物料为对象,开展在不同HRT、OLR及pH的条件下单相和两相厌氧工艺的比较研究,记录两种工艺的产沼气效果、能量产出效率和系统稳定性,监测运行过程中功能菌群(细菌和产甲烷菌)的动态,系统分析和评价单相和两相厌氧工艺的机理及优劣性。主要结果如下：(1)纤维质物料(玉米秸秆),在不同运行条件下,两相厌氧工艺(Ra+Rm)的产甲烷率和能量产出都远高于单相工艺(Rs)的,分别高7.25%-32%和7.7%-32%；产酸相(Ra)促进木质纤维素的降解转化,实现稳定的产氢气产酸的作用；Ra、Rm及Rs主要细菌菌群为Bacteroidetes、 Firmicutes及Proteobacteria, Ra的菌群种类多样性远少于Rm和Rs的,发酵产酸菌主要为Prevotellaceae, Rm中菌群多样性高于Rs,两者主要菌群丰度不同；Rm的产甲烷菌基因总浓度远高于(Rs)的,两者主要产甲烷菌为甲烷微菌和甲烷杆菌。(2)易降解类物料(木薯渣),在HRT(30d)时,单相厌氧工艺(Rs)的产甲烷率和能量产出比两相工艺(Ra+Rm)分别高3.8%和3%,在HRT(15d)+pH时,Ra+Rm的产甲烷率和能量产出比Rs的高8.6%和9.2%;两相工艺的运行更稳定,发酵周期更短,但C损失较高；在不同运行阶段,Ra、 Rm及Rs中主要细菌菌群为Bacteroidetes、 Firmicutes及Proteobacteria, Ra中菌群多样性少于Rm和Rs的,发酵产酸菌主要是Prevotella和Lactobacillus; Rm和Rs中菌群多样性差异较小,但各菌群丰度不同,Rm中Syntrophomonas、 Syntrophobacter和Desulfovibrio丰度高于Rs的；在HRT(30d)时,Rs中产甲烷菌基因浓度远高于Rm的；而在HRT(15d)+pH时,Rm的则高于Rs的；Rm和Rs优势产甲烷菌为甲烷微菌和甲烷杆菌,Rm的甲烷八叠球菌和甲烷鬃毛菌的基因浓度高于Rs的。(3)含硫酸盐废水,不同COD/SO4-2比例条件下,多相工艺(FABR)的产沼气效率、COD和SO4-2的去除效果等都优于单相(AF)的,比例越低,优势越明显；FABR相分离特征明显,前三隔室承担COD和SO4-2去除,后面隔室承担甲烷产出。FABR细菌菌群多样性优于AF,主要菌群是Proteobacteria、 Bacteroidetes及Firmicutes,硫酸还原菌为Desulfovibrio和Desulforhabdus-Syntrophobacter; FABR和AF的优势产甲烷菌为甲烷微菌和甲烷鬃毛菌,FABR的产甲烷菌基因总浓度高于AF的,而且沿隔室逐渐升高。综上所述,在不同物料性质、HRT、 OLR及pH的条件下,单相和两相厌氧工艺的运行效果存在差异。纤维质类物料,不管运行条件如何变化,两相工艺的产甲烷率和能量产出都高于单相工艺,产酸相对纤维素和半纤维素的降解起重要作用。易降解类物料,在长HRT条件下,单相工艺具有优势,而短HRT条件下,两相工艺运行效果更为突出。多相工艺处理含硫酸盐废水的效果(产气率和S04-2去除)远高于单相工艺的。