规模化养鸡业在提高生产效率的同时,也导致鸡粪在一些地区大量集中产生。这些鸡粪如不妥善处理,将会给养鸡场周边环境带来严重危害。厌氧消化(沼气发酵)技术既能降解有机污染物,又能生产清洁能源和有机肥料,是绿色环保的鸡粪处理利用手段。在实际应用中,通常采用湿式厌氧消化技术(Wet Anaerobic Digestion,WAD)处理鸡粪生产沼气,也就是在进料前用水将鸡粪稀释成总固体(TS)浓度小于10%的料液。在湿式厌氧消化过程中,加水稀释鸡粪不仅浪费水资源,增加料液加热能耗,而且产生大量液态发酵残余物——沼液。数量大、养分低的沼液难以在规模鸡场周边就近消纳,运往异地消纳又存在运输费用高的问题,因此,沼液的处理利用给鸡粪湿式发酵沼气工程带来了很大挑战。干式厌氧消化(Dry Anaerobic Digestion,DAD)具有不加水稀释和发酵残余物容易利用等优点,是较为理想的鸡粪处理沼气生产技术,已经引起了业界广泛关注。然而,从文献报道看,以往还没有成功运行的纯鸡粪干式厌氧消化小试或工程应用案例,主要是因为鸡粪中氮含量高,消化过程会产生氨抑制,导致干式厌氧消化甲烷产量降低甚至产气失败。本研究主要针对鸡粪干式厌氧消化过程氨抑制导致产气效率低的问题,从干式厌氧消化污泥的筛选与驯化,消化过程温度调控,解除氨抑制吸附剂的优选及缓减氨抑制机制等进行了研究,以期为高氮畜禽粪便干式厌氧消化技术的开发提供理论基础和工艺参数。主要结果与结论如下:(1)以北京鸡粪湿式厌氧消化(BJ)污泥、山东鸡粪湿式厌氧消化(SD)污泥、新疆鸡粪湿式厌氧消化(XJ)污泥、邛崃猪场废水湿式厌氧消化(QL)污泥、乐山猪粪干式厌氧消化(LS)污泥和实验室鸡粪干式厌氧消化(LAB)污泥作为候选污泥,进行了鸡粪干式厌氧消化(DAD)接种污泥筛选的试验研究。结果表明,北京鸡粪湿式厌氧消化(BJ)污泥和山东湿式厌氧消化(SD)污泥的挥发性固体/总固体(VS/TS)较低,有机物含量较低;残余产气潜力较高,VS中残留多为未降解有机物;污泥比产甲烷活性(SMA)较低;因此,作为接种污泥不具优势。邛崃猪场废水湿式厌氧消化(QL)污泥、乐山猪粪干式厌氧消化(LS)污泥、新疆鸡粪湿式厌氧消化(XJ)污泥和实验室鸡粪湿式厌氧消化(LAB)污泥的VS/TS较高,残余产气潜力较低,特别是污泥比产甲烷活性较高,具有作为鸡粪干式厌氧消化接种污泥潜力。尽管QL污泥具有最高比产甲烷活性,但是高氨氮耐受试验表明,其耐受高氨氮的能力最差。与其它污泥相比,LAB污泥的比产甲烷活性在氨氮浓度不断增加过程中降低最少,可以耐受的氨氮浓度达到11 g/L,是最耐高氨氮的污泥。长时间的高氨氮驯化并不比短时间高氨氮驯化表现出更强的高氨氮耐受性。综合考虑VS/TS比、污泥产甲烷活性和耐氨能力等因素,确定LAB污泥适合作为鸡粪干式厌氧消化后续试验的接种污泥。(2)以LAB污泥为接种污泥,研究了15~55℃范围内温度和氨氮浓度对鸡粪干式厌氧消化的影响。发酵初期,氨氮尚未达到抑制水平时,温度是影响产气性能的主要因素。低温反应器(15℃和20℃)的产气效果最差,其容积沼气产率一直处于0.1 L/L/d的较低水平,中温和高温反应器容积沼气产率可达到0.7~1.0 L/L/d。在氨氮浓度达到约5000 mg/L后,提高发酵温度并不能改善产气性能。高温反应器(45℃和55℃)在试验初期的产气效果较好,但随着运行时间的延长以及负荷的增加,高氨氮浓度导致挥发性脂肪酸(VFAs)持续积累,氨氮浓度成为影响产气效率的主要因素,试验后期产气几乎完全受到抑制。整个试验过程中,中温反应器(25℃、30℃和35℃)的产气效果优于低温和高温反应器。在耐氨氮能力、产气性能和甲烷含量≥50%持续时间方面,35℃反应器优于25℃和30℃反应器。(3)提出了一种新的吸附剂添加方法,首先将添加吸附剂包裹在带孔的尼龙袋中,然后置入干式厌氧消化反应器中。在35℃条件下,研究了几种吸附剂对缓减鸡粪干式厌氧消化氨抑制的作用。结果表明,添加沸石在前期可促进产气性能,而添加麦饭石则没有改善效果。添加颗粒活性炭可以减轻高氨氮和高酸的联合胁迫,显著改善鸡粪干式厌氧消化产气性能,获得了0.19 L/kg TS的原料沼气产率和0.683 L/L/d的容积产气率,是对照组的近5倍;在200多天的试验过程中,添加颗粒活性炭的鸡粪干式厌氧消化反应器产生的沼气中,甲烷含量也保持在50%,一直处于正常产气状态。(4)解析了添加颗粒活性炭改善鸡粪干式厌氧消化性能的机制。颗粒活性炭对氨氮有较好的吸附能力(最大吸附量为19.76 mg/g);与对照组相比,颗粒活性炭的加入可使脂肪和纤维素的水解效率分别提高16.74和12.14个百分点,同时,蛋白质水解效率降低了1.97个百分点;颗粒活性炭对氨氮的吸附以及大分子有机物不平衡水解有利于降低反应器中氨氮浓度。最可能原因是由于颗粒活性炭富集了互营乙酸氧化(SAO)菌(Tepidanaerobacteris、Syntrophicacecus schinkii和Clostridium ultunense)、潜在SAO菌(Pseudomonas和Acholeplasma)和氢营养型产甲烷菌Methanoculleus,增强了直接种间电子转移能力(DIET),促进了互营乙酸氧化-氢营养甲烷化(SAO-HM)途径。