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我国水体污染严重,迫切需要高效厌氧生物处理技术来控制有机污染,推动节能减排。厌氧生物反应器是厌氧生物处理技术的核心载体,其功效综合反映了厌氧生物处理技术的现实水平。若以生产性高效厌氧生物反应器已经达到的容积有机负荷（OLR）的先进水平作为标准,可将OLR高于40 kgCOD/（m3·d）的厌氧生物反应器称为超高效厌氧生物反应器。以超高效厌氧生物反应器为模型,探明厌氧生物反应器的工作特性,将有助于厌氧生物反应器的过程优化和操作控制。本课题测试了厌氧生物处理中几种常见中间产物的毒性,并以蔗糖、乙醇和乙酸为基质考察了超高效厌氧生物反应器的工作特性。主要研究结果如下:1)常见的四种厌氧消化中间产物对生物均具毒性,但毒性各不相同。单独毒性试验发现,乙醇、乙酸、丙酸和丁酸对发光杆菌的半抑制浓度IC50值分别为27.1g·L-1、3.96 g·L-1、2.49 g·L-1和6.00 g·L-1,毒性大小依次为:丙酸＞乙酸＞丁酸＞乙醇。非解离态挥发性脂肪酸（VFA）是其主要抑制形态,非解离态乙酸、丙酸和丁酸的IC50值分别为23.4 mg·L-1、19 mg·L-1和37 mg·L-1,分别相当于汞IC50值的234倍、190倍和370倍。四种厌氧消化中间产物同时存在具有联合毒性,其联合毒性作用方式皆为相加作用。2)以蔗糖、乙醇和乙酸为基质,厌氧反应器（分别称为反应器Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）均可呈现超高效性能。厌氧消化过程可分为水解发酵、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段。以水解发酵基质（蔗糖）、产氢产乙酸基质（乙醇）和产甲烷基质（乙酸）运行厌氧反应器Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,OLR分别高达75 kg/（m3·d）、100 kg/（m3·d）和100kg/（m3·d）。以Monod方程拟合,求得反应器Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的最大容积去除率分别为89.01 kg/（m3·d）、170.6 kg/（m3·d）和227.5 kg/（m3·d）。简化厌氧消化食物链,有助于提高厌氧反应器的容积效能。3)以三种基质运行厌氧反应器,可导致其中微生物混培物（分别称为污泥A、污泥B、污泥C）活性的显著分化。污泥A、污泥B、污泥C对葡萄糖的降解能力依次为55.53 kg/（m3·d）、29.05 kg/（m3·d）和22.26 kg/（m3·d）;若以污泥A的最大比基质转化速率Vmax为100,则三者的相对活性为100、52.3和40.1。对乙醇的降解能力依次为45.57 kg/（m3·d）、86.47 ky/（m3·d）和36.56 ky/（m3·d）;若以污泥A的最大比基质转化速率V乙醇为100,则三者的相对活性为100、189.8和80.2。对丙酸的降解能力依次为34.58 kg/（m3·d）、24.64 kg/（m3·d）和14.87 kg/（m3·d）;若以污泥A的最大比基质转化速率V丙酸为100,则三者的相对活性为100、71.3和43.0。对丁酸的降解能力依次为42.45 kg/（m3·d）、25.17 kg/（m3·d）和20.61 kg/（m3·d）;若以污泥A的最大比基质转化速率V丁酸为100,则三者的相对活性为100、59.3和48.6。对乙酸的降解能力依次为22.41 kg/（m3·d）、34.21 kg/（m3·d）和63.78 kg/（m3·d）;若以污泥A的最大比基质转化速率V乙酸为100,则三者的相对活性为100、152.7和284.6。从污泥A对水解发酵基质（蔗糖）、产氢产乙酸基质（乙醇、丙酸和丁酸）和产甲烷基质（乙酸）的降解能力判断,产甲烷阶段易成为厌氧消化过程的瓶颈步骤;但从三种污泥对五种基质的降解能力判断,若水解发酵阶段的主要产物为丙酸或丁酸,则产氢产乙酸阶段易成为厌氧消化过程的瓶颈步骤;若水解发酵阶段的主要产物为乙醇,则水解发酵阶段易成为厌氧消化过程的瓶颈步骤。4)厌氧生物反应器的容积效能与碱度及VFA浓度密切相关。随着容积去除速率的增加,总碱度和有效碱度下降。反应器Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ容积去除率达到最大值时所对应的有效碱度分别为1540 mg/L、1150 mg/L和1082 mg/L;所对应的ALKcom/CODrem分别为0.12、0.11和0.10。与最大容积去除率和最大容积产气率对应的VFA浓度分别为1057 mg/L、908 mg/L和1145 mg/L,显著高于常效厌氧反应器;与临界值对应的出水碱度与出水VFA之比分别为1.25、1.40和1.13,显著低于常效厌氧反应器。