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随着社会经济的不断发展,餐厨垃圾的产生量逐年增加,餐厨垃圾具有高有机质、易降解等特点,使其成为厌氧发酵的良好底物。厌氧发酵技术是目前处理有机固体废弃物的重要方法之一,并且可产生能源气体—沼气,但沼气中大量CO2的存在限制了其利用方式,如果能将CO2去除,使沼气达到生物甲烷品质,则能使其成为一种新型能源。近年来利用嗜氢产甲烷菌代谢的沼气生物提纯技术越来越受到重视。本文以餐厨垃圾厌氧制沼与沼气异位生物提纯的联合体系为研究对象,首先对餐厨垃圾厌氧制沼过程中的最佳含固率和pH进行研究,并将其与沼气提纯进行联合实验。实验表明通过生物提纯能够提高CH4含量,但是效果并不明显,因此对沼气提纯相的pH和通气时间进行优化,并将餐厨垃圾厌氧制沼与最佳条件的沼气生物提纯进行耦联实验,对实验过程中的性能指标进行分析。最后,为了使沼气提纯到生物甲烷品质,对沼气提纯相的最佳通气比进行研究,并将其运用到与餐厨垃圾厌氧制沼的耦联实验中。本文的主要研究结论如下:1、采用不同的含固率和pH对餐厨垃圾厌氧发酵制沼进行实验,结果表明最佳含固率和pH为15%和7.6,该条件下的累积沼气含量和CH4含量最高,分别为279 mL·gTS-1和55.2%,且有机酸和SCOD的降解程度也最高。将最佳含固率和pH的餐厨垃圾厌氧制沼与沼气异位生物提纯进行联合实验,厌氧发酵相中有机酸和SCOD有效降解。厌氧反应产生的沼气中CH4和CO2含量分别为52.7%和23.3%。经过提纯CH4含量提高了36.4%,CO2含量下降了42.5%,反应过程中通入的H2被全部消耗。在沼气提纯相外源通入H2没有对反应体系造成抑制。2、通过对沼气提纯相的pH和通气时间进行研究,确定最佳pH为8,最佳通气时间为5 min,此时获得的CH4和CO2含量分别为59.1%和10.98%。提纯过程中有机酸在pH为8时降解性能最佳。通气时间的延长并没有增加CH4的生成,反而导致体系中有机酸产生积累。对微生物组成进行分析,发现当pH为8,通气时间为5 min时嗜氢产甲烷菌的相对丰度最高。对餐厨垃圾厌氧制沼与最佳条件下的沼气异位生物提纯进行联合研究,厌氧反应产生的沼气中CH4含量为53.83%,CO2含量为12.27%,经过提纯CH4含量增加了68%,CO2含量下降了56.6%,H2被全部消耗。与未进行条件优化的提纯实验相比,优化实验中的CH4含量得到了有效提升,并且沼气提纯相中没有发生有机酸抑制。对比反应初始和结束时的微生物组成,发现嗜氢产甲烷菌被选择性富集,成为沼气提纯相的优势菌种。3、沼气提纯相H2与CO2的最佳通气比为5:1,此条件下获得的CH4产率、CH4体积分数和H2转化率最高,分别为693.7 mL·L-1·d-1、69.37%和98.7%,且此时的乙酸降解程度最大。提纯过程中CH4产率和H2转化率未与通气比呈正相关,H2和CO2通气比的增加导致CH4产率和H2转化率降低。通气比的提高会导致H2不能被及时利用,反应体系出现酸化。将餐厨垃圾厌氧制沼与最佳通气比下的沼气提纯进行耦联,厌氧反应产生的沼气中CH4含量为54.7%,CO2含量为24.1%,经过提纯,CH4含量提高到96.1%,CO2含量减少为1.8%,H2仅0.3%。对通气比的合理选择使提纯后的CH4含量得到了显著提高,达到了生物甲烷的品质。提纯相中的H2转化率达到99%以上,CH4产率为960.73mL·L-1·d-1,没有发生酸抑制现象。反应结束时由于提纯相中嗜氢产甲烷菌的高度富集,提纯体系中微生物数量减少,微生物多样性降低。