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我国剩余污泥处理前一般先经浓缩脱水以便于运输,采用传统厌氧消化(CAD)技术处理脱水污泥时需先进行稀释,造成大量水资源浪费。脱水污泥干发酵(DF)技术可以有效避免上述问题,并且可以缩减设施体积、降低保温能耗、提高污泥处理效率和容积沼气产率,更适于我国污泥处理行业现状。但目前人们对脱水污泥干发酵过程的运行性能及其决定机制并不清楚。针对这种情况,本文测试了脱水污泥干发酵的性能及其决定机制,主要研究结论如下:(1)双螺旋正反向搅拌系统可以完成脱水污泥厌氧消化过程物料混合要求;在气密性和温控设备良好的条件下半连续污泥干发酵系统可实现稳定运行,VSre可达30.36%~36.22%;ABP为237.91~250.95 ml/g。消化性能差于污泥CAD系统,但与前人半连续式高固体厌氧消化(HSAD)系统(总固体含量TS=15~20%)研究结果接近。稳定阶段VFAs低于400 mg/L;TAN低于4000 mg/L;FAN低于250mg/L;系统未产生中间产物积累,体现出较好的稳定性。(2)使用脱水污泥直接进行厌氧消化时,反应介质趋近于多孔介质,系统传质性能显著下降,成为造成脱水污泥DF系统消化性能下降的根本原因。受制于传质效率,厌氧消化微生物比产甲烷活性随固体浓度增加而下降,与CAD系统比较,DF系统中微生物活性均下降40%~50%。(3)TS增加对微生物丰度无明显影响,但细菌和古菌的群落结构均发生了较大改变,古菌和细菌在不同污泥浓度条件下的最大群落差异性高达50%和70%。古菌群落在高TS含量的污泥厌氧消化系统中体现出更高的功能稳定性,而细菌在DF条件下的基质转化效率却受到了一定程度的削减,进而导致底物转化途径和效率的改变,这可能是最终造成沼气产量下降的原因。(4)水解仍是DF系统消化反应的限速步骤,且限制程度在高浓度环境中更加显著。发酵过程仍以丁酸代谢为主要代谢途径,而丙酸代谢活性较低。CAD条件下的优势发酵细菌属于厚壁菌,而DF条件下转变为拟杆菌,同时出现了T-12K33科(17.4%~22%)和候选门WS6(TS=19%时,占比38.4%)等非培养细菌。(5)与CAD系统相比,DF系统在产甲烷阶段乙酸营养型产甲烷菌仍占优,但其中甲烷八叠球菌成为主要菌种,同时氢营养型产甲烷菌(甲烷微菌纲和甲烷杆菌纲为主)比例显著增加,利用氢气+甲基化合物代谢途径的Methanomassiliicoccales目产甲烷微生物也大量出现。