城市有机固体废弃物作为一种生物质,可以通过厌氧发酵工艺制沼气,产出的沼渣可进行堆肥生产有机肥。但是,城市有机固体废弃物成分复杂,采用的厌氧发酵工艺需要对复杂底物具有适用性和稳定性,同时,考虑到环境影响、经济因素,降低耗水量以及沼渣处理成本,也是处理该底物时所需的工艺要求。本文以城市有机固体废弃物为原料,在过滤床反应器建立干发酵状态产酸相,在生物膜固定床反应器中建立液态产甲烷相,通过对产酸相水解酸化反应、生物膜培养以及固-液两相厌氧发酵产气特性的研究,得到以下结论:(1)在过滤床反应器中,对不同接种比的城市固体废弃物有机质进行水解酸化反应研究。水解酸化反应在初期占主导。随着底物中RDO(Readily degraded organic)组分被大量消耗,反应由酸化状态转化为甲烷化状态,但通过底物中的纤维素组分分析,底物中的有机质仍有大量处于未水解酸环状态。反应器内底物的相对上升,使酸液中的可溶性有机质量上升,但水解酸化程度并没有相对提高,酸液中的大部分有机质依旧以水溶性有机质的形式存在。(2)以葡萄糖和产酸相酸液为原料,通过逐步降低HRT(Hydraulic retention time)的方式提高生物膜固定床反应器负荷,对生物膜进行培养试验,并辅以聚氨酯填料微生物增殖试验分析微生物在填料上的增殖过程。葡萄糖加酸液的两段式培养可以稳定的培养生物膜,而不会出现反应器波动失败等现象。在酸液培养前期的沼液还具有较强的水解酸化能力,但随着甲烷化微生物的富集,水解酸化反应有削弱的趋势。在填料作为微生物附着载体时,会延长微生物的增殖周期,但甲烷化微生物活性却提高了。(3)基于前两阶段对两部分反应的研究基础,构建完整的固-液两相厌氧发酵体系,与底物产甲烷潜力试验进行对比分析。产甲烷相在15天的产酸周期内,虽然产沼气量仅为理论产沼气量的20%左右,但产甲烷量却能达到理论产甲烷量的40%左右。产酸相经过水解酸化后,依旧有大量的有机质没有进入酸液而存在于固体底物中,这部分底物需要持续的微生物作用进行分解利用。通过产甲烷相生物膜培养阶段的试验数据分析,HRT依旧有降低的余量。(4)通过对产酸相中的沼渣、产甲烷相填料上的生物膜以及产甲烷相沼液进行群落结构分析发现,产甲烷相生物膜上细菌保存了大量可参与水解酸化的细菌。而产酸相沼渣细菌多样性虽然较低,但其参与水解酸化反应的细菌相对丰度提高。梭菌目(Clostridiales)、拟杆菌目(Bacteroidales)、互养菌目(Synergistales)三类细菌约占总细菌的35~45%左右,是三组样品中的优势细菌群体。在沼液中出现相对丰度较高的着色菌目(Chromatiales),该细菌在生物膜培养过程中很难在生物膜上附着。在古菌方面上,甲烷鬃毛菌(Methanosaeta)与甲烷八叠球菌(Methanosarcina)作为甲烷化反应的参与主体,具有较高的相对丰度,填料对此两类古菌提供了聚集附着场所。但甲烷螺旋菌(Methanospirillum)在填料上附着作用较差,大多存在于沼液中。