随着农业现代化的不断推进,农村环境污染问题日益显现,农业面源污染形势严峻,突出表现为畜禽养殖污染物排放量巨大。采用厌氧发酵产酸技术对畜禽粪便进行资源化利用,不仅可缓解农村面源污染,而且能“变废为宝”,从粪便中获取有用资源,具有显著的环境效益和经济价值。我国作为世界生猪养殖第一大国,每年排放数亿吨猪粪,其中所含的有机物可作为厌氧发酵产酸的底物。本文在已有研究的基础上,以厌氧发酵生产挥发酸为出发点,通过不同的pH调控手段来强化猪粪的水解酸化效果,同时探讨其中的作用机理；并在猪粪厌氧发酵产酸后,采用天然沸石吸附工艺回收发酵液中的无机氮磷,考察该方法同步回收氮磷的效果、适宜条件和机理,以期实现猪粪中碳、氮、磷资源利用的最大化。首先采用序批式实验的方式,将发酵猪粪底物的初始pH值分别调节至3,5,7,9,10,11,12,进行20天的厌氧发酵,探讨了初始pH调控手段对厌氧水解酸化的强化效果。结果表明：初始pH 10条件最有利于发酵液中挥发性脂肪酸(VFAs)的积累,在发酵第20天达到最高浓度(13634mg-COD/L),其中乙酸和丙酸两者比例之和达71.2%；初始pH 5条件有利于丁酸的积累,最高浓度为2530mg-COD/L,占VFAs总量的24.6%；另外,随着发酵过程的进行,氨氮(NH4-N)浓度显著上升,且VFAs浓度越高,氨氮释放量越多。采用变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)对发酵前后底物中微生物种群组成进行分析,结果显示初始pH值调控对微生物种群有明显的影响：初始pH 10条件下C. alkalicell um和C. humireducens两种耐盐嗜碱的酸化细菌成为优势种群；而初始pH为5时,能发酵生产丁酸的Butyricimonas sp是优势种群。鉴于初始pH 10条件能有效促进VFAs积累,在后续研究中通过定期添加NaOH,将发酵液的pH值进行全程持续控制(pH 10)并测试其产酸效能。结果表明：与采用初始pH调控(pH10)相比,全程pH调控手段可以进一步提高2.55倍和2.08倍的蛋白质和多糖溶出量,但两者的VFAs最高浓度无显著差异(11950mg-COD/L)。对发酵过程进行动力学模拟结果显示,两种pH调控下VFAs的积累均符合一级动力学特征,但全程调控下的VFAs生产速率常数VFAs小于初始调控组(0.033),这说明全程pH调控在一定程度上抑制了酸化细菌的代谢活动。通过高通量16S rRNA基因的焦磷酸测序分析可知,与初始猪粪样品相比,经过碱性厌氧发酵(pH 10)后发酵液中的微生物多样性均有所下降,其中全程pH调控反应器中主要的产酸菌Clostridium sensu stricto和Clostridium XI比例有所减少,而一些能够耐强碱环境的Bacilli和Amphibacillus则变为优势菌种。本研究最后运用天然沸石吸附工艺对猪粪厌氧发酵液中的无机氮磷进行同步回收,以实现对猪粪资源的进一步资源化利用。采用静态和动态两种实验方式,考察了天然沸石对NH4+和PO43-的去除效果和作用机理。静态实验结果表明：(1)Ca2+是天然沸石中参与NH4+交换的主要阳离子,比例约为50%；(2)同步高效去除氮磷的最佳溶液pH值在9.0～10.0：溶液pH值升高不利于氨氮的吸附,但有利于磷酸根的去除,且磷的去除率也随着溶液中氨氮浓度的升高而提高；(3)本研究用天然沸石去除氮磷的机理主要包括阳离子交换(除NH4+)和化学沉淀(除PO43-)作用。采用天然沸石吸附柱的动态处理实验,结果表明：虽然沸石对人工配水和实际猪粪发酵液中氮磷的去除能力呈现一定程度的下降趋势,但该工艺对发酵液中的VFAs浓度几乎没有影响。因此采用天然沸石吸附工艺回收发酵液中的氮磷,不仅可以实现氮磷资源的综合利用,降低发酵液后续处理工艺的氮磷负荷,同时也可保障发酵液中的碳源产量和资源最大化。