随着经济发展和城市化进程的加速,餐厨垃圾和污水厂剩余污泥以超过10%的速率逐年递增。其中,餐厨垃圾(food waste,FW)有机物含量高易腐烂导致容易滋生病原菌,且含水率高,收集、运输和处理难度大。剩余污泥(waste activated sludge,WAS)作为污水处理的副产物,存在大量的细菌病原体、重金属及其他有毒物质。与其他处理方式相比较,厌氧发酵是最具可持续发展的一项技术,符合城市垃圾“减量化、无害化、资源化”的处理要求。与单一基质发酵相比,餐厨垃圾与污泥共发酵能够平衡C/N比,稀释有毒物质,微生物的协同作用也能有效提高厌氧发酵系统稳定性及效能。由于温度是影响厌氧发酵过程的重要因素,本研究首先通过研究餐厨垃圾和污泥共发酵过程的动力学特性的批次实验,利用Gompertz模型对发酵过程的水解、酸化、乙酸化和甲烷化阶段进行模拟,从动力学的角度探明温度对共发酵的影响,以及共发酵技术在餐厨垃圾与污泥发酵处理的优势。结果表明,高温发酵能够显著提高水解速率,但是过快的水解速率也导致高温发酵过程中出现了比中温过程更加严重的有机酸积累。中温和高温共发酵甲烷产率分别为296和546mlCH4/gTS,均高于其理论甲烷产率(273和515mlCH4/gTS)。为探明温度及有机负荷率(organic loading rate,OLR)对餐厨垃圾与剩余污泥共发酵稳定性及效能的影响,本研究采用全混式厌氧反应器(continuous stirred tank reactor,CSTR),通过将水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)从30天缩短至5天来实现OLR从2.69提升15.93gVS/L/d。结果表明甲烷产率随负荷增加呈现先增加后减小的趋势,且高温系统甲烷产率显著高于中温系统,最大甲烷产率分别为407.92及357.86mL/gVS。在负荷提升过程中,中、高温系统均出现了以丁酸为主的有机酸积累,但当OLR增至15.93gVS/L/d后,高温系统仍能实现稳定运行。通过对连续实验过程不同阶段的比产甲烷活性(specific methanogenic activity,SMA)研究发现,中温和高温条件下乙酸均能快速转化成甲烷,而丙酸和丁酸的甲烷化活性远远低于乙酸的甲烷化活性。丁酸相对较慢的比产甲烷活性可能是导致其在高负荷条件下出现明显积累的主要原因。最后,通过能耗分析可知,当负荷高于5.05gVS/L/d后,共发酵系统逐渐由耗能状态转变为产能状态,在高负荷运行条件下,高温发酵系统净产能显著高于中温系统,且具有甲烷产率高、稳定强的优势,因此共发酵处理餐厨垃圾和剩余污泥技术更加具有应用前景。