近年来,由于生物营养去除(Biological Nutrients Removal, BNR)工艺的普遍应用,使之产生的剩余污泥有机质含量(即挥发性固体,VS)数值偏低。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,但对于这种有机质含量偏低的剩余污泥,其厌氧消化的研究尚未见相关报道。本文通过自行设计的污泥中温两相厌氧消化小试与中试装置,考察了两套装置的启动性能,在系统稳定运行的基础上,探讨了剩余污泥中温(35℃)两相厌氧消化小试运行特性,分析了消化污泥脱水性能的变化及其主要影响因素,研究了超声预处理对低VS含量剩余污泥中温两相厌氧消化效能的影响,建立了不同VS含量污泥中温两相厌氧消化小试工艺的动力学模型,并将小试拟合曲线与中试测定值进行比较分析。当小试工艺进入稳定运行时,随着有机负荷的增加,VS去除率随着有机负荷的增加而降低,大肠杆菌的灭活效率与VS去除率的变化相同,最大比产甲烷活性(SMA)则随着有机负荷的升高而逐渐增加。厌氧消化前后重金属的形态分析表明,Cd、Pb和Cr的稳定效果较好。污泥中Cu消化后可以实现进一步稳定,稳定率提高到98.4%。投配污泥中Zn和Ni各种存在形态分布相对比较均匀,消化后重金属的稳定率不高。分别采用浓缩剩余污泥以及剩余污泥与厨余垃圾混合物,研究了不同有机质含量污泥的中温两相厌氧消化特性。结果表明,随着OLR的增加,各系统出料的VS浓度、TCOD浓度均呈现增加的趋势,而且相应的VS去除率和TCOD去除率逐渐下降。随着HRT的延长,各系统的SMA活性逐渐提高,而且产气中的甲烷含量也随之增加。经过中温消化产酸相处理后性能变差,但是经过产甲烷相进一步消化后又有所改善。污泥的沉降与脱水性能与胞外聚合物有显著的相关性,而与钙、镁离子的相关性不明显。以低有机质剩余污泥为对象,选择超声波与CaO联合处理作为厌氧消化的预处理,考察了预处理对污泥厌氧消化的影响。结果表明,随着系统有机负荷的增加,系统的稳定性增强。当HRT由15d降至10d后,VS去除率下降了约5%,对于低VS含量的剩余活性污泥,进行中温厌氧消化时应该维持足够的HRT。不同有机负荷条件下,两相内的产甲烷活性在0.35~0.38 L CH4/gVSrem的范围内,产气量和沼气含量都没有产生较大变化,但随着系统有机负荷的增加,产酸相INT-ETS活性逐渐增加,并超过产甲烷相微生物活性。中试工艺运行结果表明,随着有机负荷的增加,两相VS去除率均呈现逐渐下降的趋势。在不同OLRs条件下,产酸相比甲烷产率的变化幅度不大,而产甲烷相的比甲烷产率呈现逐渐下降的趋势。随着有机负荷的增加,产酸相INT-ETS活性逐渐升高,而产甲烷相的活性变化不大。随着有机负荷的增加,消化污泥的脱水性能逐渐变差,且产酸相的CST值高于产甲烷相。热能平衡分析表明,当污泥的HRT为10d时,在寒冷地区运行污泥中温两相厌氧消化工艺,采取保温措施后,沼气所产生的热能可满足污泥消化耗热量的65.5%。采用Chen-Hashimoto模型,研究了不同进料基质浓度下,污泥、污泥与厨余垃圾的中温两相厌氧消化动力学特性。结果表明,当基质II的进料COD浓度略高于基质I时,基质II的两个动力学参数μmax和K值低于基质I,说明基质II中可能存在着某种抑制物质。小试拟合曲线与中试测定值的比较表明,中试VS去除率与甲烷产率测定值与小试拟合曲线趋势相近,但略低于小试动力学模型曲线拟合值。