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由于区域自然地理和经济发展水平的不同,我国市政污泥的有机质含量存在较大差异。在雨污分流程度和污水管网覆盖率高的地区,市政污泥有机质含量高达70%以上,而其他地区多在50%以下。厌氧消化工艺适宜应用于有机质含量较高的污泥,产生的甲烷有助于缓解能源和环境的双重危机,但应用于有机质含量较低的污泥（<50%）时,往往存在产甲烷量少、有机质降解效率低、反应周期长等瓶颈问题。鉴于此,本研究首先研究筛选了与低有机质污泥进行协同厌氧消化的基质,然后考察了不同基质厌氧消化的抑制因素和耐受特性,并分析了基质预处理对厌氧消化性能的促进影响,进而通过响应面设计对多元基质厌氧消化进行了过程优化,最后对多元基质连续混合厌氧消化过程的稳定性进行了分析。主要研究结论如下:（1）通过批式厌氧消化实验,并根据比甲烷产量（SMP）及其动力学参数确定了推荐协同的基质。采用测定生物化学甲烷势（BMP）的方法,对单个基质原料厌氧消化的SMP排序结果为:餐厨垃圾>猪粪>污泥>香蕉秸秆。产甲烷动力学模型比选结果表明,Modified Gompertz（MG）模型适宜模拟未经预处理的、有延滞期的基质厌氧消化产甲烷过程。污泥与餐厨垃圾的协同厌氧消化效应存在潜力。相对于猪粪而言,香蕉秸秆作为多元基质厌氧消化的添加物料时,协同效果较优,延滞期相对较小,厌氧消化性能更好,但协同效应仍具潜力。（2）采用BMP实验、方程拟合和16s r DNA高通量测序等方法探究多元基质厌氧消化的主要抑制因素及其耐受特性,重点研究了氨和长链脂肪酸这两种抑制因素,揭示了抑制因子间的协同效应。多元基质的协同厌氧大幅度地提高了氨抑制的耐受浓度阈值。接种污泥厌氧消化系统各单独组分的长链脂肪酸（LCFA）抑制影响程度排序为:亚油酸>油酸>棕榈酸>硬脂酸。多元基质的协同厌氧相对于接种污泥来说,较大地提高了LCFA抑制的耐受浓度阈值,但相对于餐厨垃圾提高幅度并不大。在已经发生氨抑制的情形下,添加LCFA不能有效地减缓氨抑制,只会增加双重抑制。16s r DNA高通量测序结果进一步表明,多元基质在厌氧消化过程受到了氨和LCFA的联合抑制,优势古菌甲烷鬃菌属（Methanosaeta）和甲烷杆菌属（Methanobacterium）的相对丰度之和从56.5%下降至20%左右,而互营共养单胞菌属（Syntrophomonas）相对含量也较小,LCFA的降解受到抑制。（3）针对未经预处理基质存在的水解限速问题,将高温高压热水解预处理（HTHP）和碱预处理两种方式分别应用于污泥和香蕉秸秆,并根据SMP及有机物降解特性,择优选择预处理方式,提高了水解效率。低有机质市政污泥、香蕉秸秆及两者的混合物厌氧消化甲烷产量最大值分别为388m L·g-1VS、372 m L·g-1VS和537 m L·g-1VS,分别出现在170℃和30 min、190℃和30 min和190℃和30 min这三个预处理组,混合厌氧协同效应较好。采用HTHP的污泥和香蕉秸秆,SMP分别高于两者采用碱预处理的方式,并且共同热水解具有较强的协同作用,可作为预处理的推荐方案。经过HTHP后的污泥和香蕉秸秆,在与餐厨垃圾的VS配比为1:2:2时,SMP最大可达到了608 m L·g-1VS,协同效果最为显著,提高幅度为66.3%。通过引入香蕉秸秆提升系统的有机质含量、调节C/N比,缓解抑制效应,是多元基质协同厌氧消化效应的主要作用机制。（4）采用响应面法对多元基质厌氧消化过程进行优化,确定了最佳工艺条件。响应面法（RSM）确定多元基质厌氧消化最佳条件为TS=15%、C/N=25、接种率（IR）=50%,对多元基质甲烷产量的影响效应均为极显著,从高到低依次为C/N>IR>TS。16s rDNA高通量测序结果也表明,在响应面法所得最佳条件下,乙酸营养型产甲烷菌为优势菌种,意味着厌氧消化系统可以获得更高的SMP。并且,Syntrophomonas丰度的成倍增长加快了LCFA的β氧化速率,保障了系统内的LCFA得到有效降解,从而提高了甲烷产量。（5）采用半连续全混流厌氧反应器（CSTR）和16s r DNA高通量测序方法,探究了半连续状态下多元基质厌氧消化的作用机制。有机负荷为4kg VS·（m3·d）-1和C/N为25可作为多元基质半连续CSTR厌氧消化稳定运行的重要过程控制的最优条件。在此条件下,多元基质预处理实验组SMP累积产量可稳定在500 m L·g-1VS左右,可以维持厌氧消化反应器处于较好性能和利用水平。FAN、LCFA是高含固多元基质连续性厌氧消化的重要抑制因素,在其浓度分别控制在600 mg·L-1和6.2 g·L-1以下时,系统的稳定性不会受到影响。16s r DNA高通量测序结果进一步表明,在最佳负荷、最佳C/N的情形下,优势甲烷古菌为Methanobacterium和Methanosaeta,并且vadin BC27和Syntrophomonas增幅明显,有效地提高了多元基质半连续CSTR厌氧消化系统的比甲烷产量。