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城市污水厂污泥中含有有机物、重金属、病原菌等,若不进行适当的减容、稳定或资源化处理,很容易造成对环境的二次污染,使污水处理厂不能发挥其功能。三峡库区已经建成运行的污水处理厂中,污泥减量和稳定处置方面都很欠缺,因此,新型污泥处理技术,特别是污泥减容和污泥稳定技术的研究就显得非常迫切。本研究将现代高速厌氧反应器理论与重力浓缩池设计相结合,设计了两相一体式浓缩消化反应器（TISTD）,实现污泥浓缩消化一体化并相互促进。TISTD反应器有效容积110L,设计投配率30%。在中温条件下,采用接种污泥培养法,以10%的投配率启动,运行28天后反应器即达到稳定运行状态。TISTD反应器的流态试验表明,外反应室存在着明显的推流态,内反应室呈现完全混合流态。试验考察了中温条件下投配率为20%、30%、40%、50%时TISTD反应器的运行效能,结果表明反应器在中温条件下,运行状况良好,最优投配率为30%,相应的水力停留时间为3.33天。在最优投配率下,当进泥含水率为99.499.6%,排泥含水率在89.5%93.5%之间;当进泥VS/TS为0.620.77,排泥VS/TS在0.210.28之间;排水SS在0.15g/L0.6g/L之间;其浓缩和消化效果优于普通浓缩池和消化池。研究对反应器内的厌氧污泥进行了显微镜观察和电镜扫描,结果表明反应器内的菌种包括了厌氧环境的基本细菌形态,反应器内的微生物生态系统稳定且菌种丰富。反应器启动到稳定运行的过程中,污泥活性有显著变化,辅酶含量由刚接种污泥时的0.076mol/gVSS×10-3增加到0.180 mol/gVSS×10-3。稳定运行期间,不同取样口的污泥辅酶含量有明显不同;反应器内部的pH值、碱度、VFA基本上都在厌氧消化需要控制的范围之内,说明本反应器在设计工况下运行状况良好,具有抗冲击负荷的能力,能够满足厌氧消化的需要。反应器稳定运行期间,随着污泥投配率由20%增加到50%,ORP由-355 mV增加到-340mV,仍处于产甲烷菌和其它严格厌氧菌生长的正常范围。在20%投配率下,经TISTD反应器处理后进泥中31.0%50.6%的总氮回到上清液中,54.1%64.3%的总氮在排出的厌氧污泥中;进泥中28.7%47.6%的总磷回到上清液中,49.3%65.6%的总磷在排出的厌氧污泥中。在30%投配率下,经TISTD反应器处理后进泥中18.6%32.6%的总氮回到上清液中,64.6%81.0%的总氮在排出的厌氧污泥中;进泥中23.5%28.3%的总磷回到上清液中,70.7%75.1%的总磷在排出的厌氧污泥中。说明TISTD反应器对TN、TP有很好的分离效果。中温条件下,初沉污泥、二沉污泥和混合污泥的比阻在经过厌氧消化后,都有所降低。初沉污泥进泥比阻较小,在8.0×1012m/kg～9.2×1012m/kg范围内,经过消化后污泥比阻有所降低,在7.6×1012m/kg～8.9×1012m/kg范围内,但降低的幅度很小;二沉污泥进泥比阻在145×1012m/kg～225×1012m/kg范围内,经过消化后,比阻有明显的变化,在62×1012m/kg～88×1012m/kg范围内;混合污泥进泥比阻在71×1012m/kg～120×1012m/kg范围内,经过厌氧消化后,比阻值大大减小,在40×1012m/kg～75×1012m/kg范围内,污泥的脱水性能有明显的改善。不同类型的污泥在不同温度下消化后的比阻变化试验结果表明,温度的提高对污泥的比阻有不同程度的影响,初沉污泥在中温和高温两种条件下消化,比阻的变化不大,说明温度对初沉污泥的影响较小;二沉污泥和混合污泥在中温和高温消化时,比阻变化较大,在高温消化时,比阻明显增加。通过对有机物去除动力学的建模和分析,得出TISTD反应器处理不同类型污泥动力学参数K s、νmax。从试验数据和线性回归方程可以看出,三种类型污泥的VSS的降解都符合一级动力学方程,但二沉污泥和混合污泥VSS降解的线性回归方程拟合性比初沉污泥好。