厌氧消化性能的提高可增加甲烷的产量,并从可生物降解废物(如,生活污水污泥)中回收更多的可再生能源。为了达到这一目的,本文对厌氧消化的多种预处理方法及处理条件的优化设计开展了研究。本研究的目的在于强化脱水污泥(TS为17-20%)的厌氧消化水解能力,从而解决污泥干式发酵效率低的问题。基于生物产甲烷潜势(BMP)和有机物降解率(TS、VS和COD)两项指标,对机械法(超声波)、化学法(酸处理、臭氧)、及机械化学联合法(超声-臭氧)等多种预处理方法的效果进行了评估。其中,超声波预处理在各种单一技术中具有最好的效果,污泥BMP增加了51.15%,而TS、VS及COD分别比对照组降低30.09%、36.92%和33.88%。相比于单一技术,机械化学联合法(超声-臭氧)效果更加显著。经过了联合预处理的污泥相比于对照组其BMP增加了58.01%,而TS、VS及COD降解率则分别提高了53.70%、63.74和57.31%。研究还表明,脱水污泥的BMP增加量与预处理中药剂投加量或能量密度呈正相关,例如,在联合预处理法中,保持超声波能量密度不变(53.5 k J/g VS),在0.05-0.11 O3/g VS投加范围时,BMP随臭氧剂量的增大而增加。本论文首次研究和评估了不同预处理方法对污泥干式厌氧消化性能的影响。研究表明,物理预处理方法优于化学法。这是因为超声波等物理预处理方法不仅能促使污泥菌胶团细胞裂解,强化大分子的水解,同时不会改变裂解所释放物质的化学性质,而直接作为后续厌氧消化的底物。此外,由于在一定范围内污泥BMP性能的增加与预处理能耗及药剂成本呈线性相关关系,在实际工程中,预处理技术的应用需要考虑能耗及药剂的成本。