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本文采用一种新型的厌氧发酵工艺——多级逆流发酵工艺对城市污泥进行厌氧发酵,实现高效产挥发性脂肪酸的目的,并通过优化工艺参数,进一步提高工艺的产酸效果,同时利用分子生物学手段对工艺体系中的微生物菌群结构进行了分析,全文的主要研究内容如下:(1)城市污泥采用多级逆流工艺厌氧发酵能很好的促进挥发性脂肪酸的生成,实验条件下,挥发性脂肪酸浓度与产率分别达到10.5±0.5 g/L和0.20 gVFA/gVSfed,与城市污泥普通厌氧发酵工艺相比,分别提高了31%和54%。多级逆流工艺可提高底物的降解率,其底物降解率可达50%,较城市污泥普通厌氧发酵提高了37%。研究结果还表明,多级逆流工艺促进产酸的机制在于降低了发酵产物对厌氧产酸细菌的抑制效应,工艺的VFA产率以及底物降解程度的高低分别取决于第一级和第三级厌氧发酵过程;(2)在可稳定运行的多级逆流工艺的基础上,考察不同底物浓度对工艺产酸的影响。结果表明,当底物浓度为VS= 100 g/L时,工艺产酸效果和底物降解效果最佳,此时工艺体系中有机酸浓度能维持在20 g/L,有机酸产率达到0.20gVFA/gVSfed,有机酸转化率达到0.47 gVFAs/gVSdigest,且此时体系中游离态有机酸的浓度较低,产物抑制效应较小;(3)在确定最佳底物浓度的基础上,进一步考察污泥停留时间(SRT)对多级逆流工艺产酸及底物去除效果的影响。研究结果表明,较长或较短的污泥停留时间均不利于工艺的产酸,而当SRT=9 d时,工艺的产酸效果及底物去除效果最佳;(4)在得到较好工艺参数的基础上,利用荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization ,FISH)技术考察多级逆流工艺与普通工艺厌氧发酵城市污泥体系中微生物菌群结构,通过对两工艺体系中的产酸细菌进行生态学分析,进一步说明多级逆流工艺促进城市污泥厌氧发酵产酸的机制,为后续工艺的进一步优化打下基础。