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厌氧发酵技术可以秸秆、畜禽粪便等农村有机废弃物为原料,利用厌氧微生物将其转化成可替代化石能源的清洁能源——沼气。它不仅可以减少粪便排放带来的严重污染,而且可实现能源与资源的回收与再利用。但是,当前普遍应用的湿式发酵需要大量水稀释,且产生难处理的高浓度有机废水。本课题以猪粪为底物,研究了在中温(35±1℃)和高温(55±1℃)条件下高固体浓度猪粪的厌氧发酵特性。根据发酵产气和产甲烷率,有效发酵时间(Teff)和有效产气速率(μeff),以及物料的相关物化性质等作为评判指标,分别探讨了接种量及接种物、发酵温度以及固体含量等因素对猪粪厌氧发酵的影响。最后采用厌氧发酵一级反应动力学模型对试验数据进行拟合,比较不同反应条件下的动力学参数差异,进一步优化反应条件。通过增加接种物用量及接种物驯化,本试验实现了高固体浓度猪粪厌氧发酵的快速启动,缩短了发酵时间,并得到了较高的产气率。研究结果表明,猪粪厌氧发酵最优条件为中温、TS=15%、接种物为发酵成熟物以及20%接种量。在上述条件下厌氧发酵60天时总产气率与产甲烷率分别为357.3ml/g-VS与266.2ml-CH4/g-VS,与未接种的工况相比提高300%以上。其TS、VS与TCOD的降低率分别为36.1%、48.5%和48.0%。有效发酵时间Teff为27天,其有效产气速率μeff为10.76ml/g-VS/d,此时累积产气率达到总产气率的81.3%。游离氨氮浓度对高固体浓度粪便厌氧发酵过程有显著的影响。由于氨氮抑制,TS=15%时高温发酵产气率仅为中温发酵时的70%左右。根据试验数据与模型分析可知,在中温发酵TS>15.6%或高温发酵TS>7.4%时,可能发生氨氮抑制,其初始抑制浓度约为1,100mg-N/L。猪粪厌氧发酵的产气率、甲烷含量、μeff及TS、VS和TCOD降低率均随固体含量的升高而有所降低,Teff随固体含量的升高而延长。在中温条件下经37天厌氧发酵,TS=5%时猪粪的单位VS产气率为393.4ml/g-VS；TS=20%时猪粪的单位容积产气率为33.1 L/L；TS=15%时单位VS产气率与单位容积产气率均为上述最高值的80%左右。两阶段厌氧反应一级动力学模型能较好地适用于高固体浓度下猪粪厌氧发酵过程。各种试验条件下的动力学参数也进一步验证了上述试验结果和推论。