餐厨垃圾产量巨大,资源化处理需求日益增长。厌氧消化工艺是目前餐厨垃圾资源化处理的主流工艺,但餐厨垃圾有机质含量高且易分解产酸,高负荷运行的餐厨垃圾厌氧消化反应器易发生酸化。为降低酸化风险并丰富餐厨垃圾资源化途径,可将餐厨垃圾中部分有机质转化为挥发性脂肪酸（VFAs）用于生产聚羟基烷酸酯（PHA）。PHA是一种微生物内源合成的生物可降解物质,有助于解决白色塑料污染。常用的混合菌群PHA生产工艺一般包含三个阶段,即底物准备阶段、产PHA菌富集阶段和PHA批次合成阶段。目前,餐厨垃圾产酸液合成PHA工艺的稳定性、碳源回收效率和PHA产率有待提升。因此,本课题针对餐厨垃圾产酸如何适配PHA生产,产酸液对后续工艺尤其是对富集阶段稳定性有何影响,碳源回收效率和PHA产率如何提升等问题,基于生化反应动力学和分子生物学等研究,从产酸模型构建、工艺稳定性保障机制解析和工艺流程优化等角度开展了研究。针对餐厨垃圾厌氧消化易酸化和产酸缺少模型指导的问题,本课题基于厌氧消化1号模型（ADM1）和好氧厌氧综合模型（CASADM）,构建了餐厨垃圾厌氧消化和产酸模型,其中补充了乙酸、游离氢和长链脂肪酸的抑制过程,增加了胞外聚合物和溶解性细胞产物的代谢过程。模型引入了质子水平计算,将p H核算与生化反应过程相结合,使模型对p H、碱度以及酸碱化学形态转换的拟合更加准确。三组容积负荷不同的半连续流厌氧消化试验验证了模型对酸化预测的准确性。随后,利用模型对酸化过程进行了解析。揭示了高负荷进料条件下反应器发生酸化的原因:有机颗粒快速分解,VFAs积累的同时碳酸氢根碱度逐渐降低,最终无法缓冲VFAs积累所带来的酸度,导致p H降低的酸化机理。提出了碳酸氢根碱度与总碱度之比（ALKB/ALKT）＜60%、碳酸氢根碱度与SCOD之比（ALKB/SCOD）＜75和丙酸与乙酸浓度比（Pro/Ace）下降的酸化预测指标用于保障厌氧消化的稳定性。利用模型指导了实际餐厨垃圾发酵产酸试验,以产酸液中VFAs含量最大化并适配PHA生产为目标,得出p H应调控在6.0且水力停留时间（HRT）不宜超过8天的结论。针对餐厨垃圾产酸液有机物浓度高且含盐的特点,为高效利用餐厨垃圾产酸液,研究深入分析了盐度和有机负荷对产PHA菌富集过程的影响。结果表明低负荷（1350 mg COD/L-d）和5 g/L盐度条件最适于产PHA菌的富集:适宜盐度刺激菌群PHA合成以抵御渗透压胁迫,两种产PHA菌Paracoccus和Thauera属占比65%以上,并获得了占细胞干重50.5%的PHA最大合成量(PHAmax)。10 g/L及以上盐度抑制了菌群活性和PHA合成,但污泥以颗粒形态分散且粒径增大,因而沉降性提升。利用盐度对污泥沉降性的积极影响,提出了利用盐度梯度控制富集过程丝状菌膨胀的方法,并对相应机理进行了探讨。研究结果表明不同底物类型的富集反应器皆可通过该方法（从0 g/L提升至10g/L）大幅提升污泥沉降性并保持污泥浓度。这是因为盐度可有效抑制丝状菌（Meganema属）的生长,并促使污泥絮体变得紧实或形成颗粒。盐度提升带来的渗透压胁迫加速了非耐盐菌的衰亡,而耐盐产PHA菌通过PHA合成抵御了胁迫,从而强化了耐盐产PHA菌的富集。该方法处理后,Paracoccus属和Thauera属成为优势菌属,分别在5 g/L和10 g/L盐度占优。恢复期两种菌属的相对丰度高,菌群的PHAmax可达70%以上。针对现有研究对实际餐厨垃圾产酸液合成PHA的碳源回收率关注较少,且传统三阶段混菌生产工艺存在底物利用率低、碳源浪费等问题,开展了工艺优化研究。产酸模型模拟结果显示餐厨垃圾产酸的HRT设置不宜超过8天,p H调控在6.0左右。模型及试验结果皆表明HRT为8天的产酸液中VFAs浓度最高,可占溶解性COD的85%以上,产率可达0.434 g COD/g VS。同时,VFAs中产PHA菌偏好利用的丁酸和戊酸共占比约80%。实际产酸液用于PHA生产的试验结果表明,HRT为8天的产酸液可获得56.3%的PHA最大合成量。为进一步提升碳源回收效率,提出了批次合成PHA前置工艺,将批次合成后出水中剩余VFAs用于产PHA菌富集。研究表明该工艺优化了产酸液用于富集和批次合成的分配比例,将餐厨垃圾的PHA转化率提升49%,达0.073 g COD/g VS。综上,本研究面向餐厨垃圾产酸液回收PHA工艺,从优化工艺参数和流程、保障工艺稳定性等角度,构建了餐厨垃圾产酸模型并解析了盐度和负荷对PHA生产过程的影响机制。在此基础上,提出了盐度梯度提升快速恢复污泥膨胀的方法和批次合成PHA前置工艺,进一步提升了餐厨垃圾产酸液和成PHA的碳源回收率,为工艺的推广应用提供了参考和指导。