本文综述了分级分相厌氧反应器的发展历程，对其在工程设计中需要参考的结构形式、部件尺寸等问题进行了分析讨论，以期为分级分相厌氧反应器的进一步研究和工程化应用提供参考。　　本文设计加工了实验室规模的长方体和圆柱体分级分相厌氧反应器。对反应器的水力特性作了初步的研究。通过脉冲响应实验，用停留时间分布法，对反应器的水力特性进行定性、定量的研究。在此大小规模的反应器上进行了针对石化剩余污泥的厌氧消化，研究了分级分相厌氧消化反应器(ABR)在处理石化剩余污泥启动阶段的特点，不同水力停留时间(HRT)和不同初始pH对污泥处理效果的影响，对处理的效果与传统单相反应器处理污泥的效果进行了比较，并且通过回归分析研究了分级分相厌氧消化工艺中有机物降解的动力学模型　　本文通过停留时间分布(RTD)实验，发现分级分相厌氧反应器的水力死区远远低于厌氧滤池(50-93％)、厌氧消化池等其他厌氧生物反应器(＞80％);反应器的分散数D/μL在0.03～0.08之间，其流动模式处于完全混合和平推流的“中间状态”，且更接近于平推流。确定了圆柱体反应器降流区、升流区面积比值最佳值为1∶3;溢流板高度最佳高度为450 mm;水力停留时间最佳值为32h;折流板折角最佳值为50°，折流板底端距离池底的距离最佳距离为2cm。长方体反应器降流区、升流区面积之比最佳值为1∶5，水力停留时间最佳值为8h。　　分级分相厌氧反应器处理石化剩余污泥成功启动后，挥发性固体(VS)的去除率为43.7％，甲烷含量为67.9％，反应器内的pH维持在6.4～7.4之间，第一隔室的pH偏低，最大比产甲烷活性(SMA)在0.14 L·g-1·d1以下，第二、第三、第四隔室的SMA在0.29 L·g-1·d-1以上。在HTR分别为21d、17d、13d、9d时，VS的去除率分别为49.3％、44.6％、41.1％、32.4％。通过对ABR分级分相厌氧消化工艺和传统单相厌氧消化工艺对比发现，经过17天的厌氧消化VS的降解速率分别被为0.56 g·L-1·d-1、0.32 g·L-1·d-1。最后，通过回归分析研究了石化剩余污泥分级分相厌氧消化的动力学方程，求得参数分别为kd为0.232(d-1)，KS=124.3895，Y=0.336（g微生物/g基质），方程的误差为0.512％。　　针对扬子石化水厂的污水，开发了60m3的分级分相中试设备，并采用序批式反应器富集驯化硝化菌和反硝化聚磷菌能够缩短试验周期，且富集驯化的活性污泥能够快速适应试验新工艺。在装置启动成功后，整个装置的运行稳定36d，未发生强烈波动，对于进水COD为207.7～353.76mg/L，氨氮≈11 mg/L、TP为0.6mg/L～1.67mg/L，经本工艺处理后出水COD为28.8～47.32mg/L，氨氮几乎检测不到，TP浓度为0.07mg/L～0.21 mg/L，COD的去除率为85％左右，氨氮的去除率几乎为100％，TP的去除率为86％，且经处理后的水质在稳定运行期间均达到预期目标（COD≤50 mg/L、氨氮≤5 mg/L、TP≤0.4 mg/L）。