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由于集约化养猪业中病死猪的产量较大且携带细菌病原体,病死猪的安全无害化处理成为一大难题。露天焚烧和焚烧炉焚化是当前主要的病死猪处理方式,目前的各种病死猪处理方式都对周边环境有一定污染。水热预处理结合厌氧消化技术是一种具有潜力的病死猪处理方式,对环境友好的同时还会产生清洁能源沼气。本论文通过对猪肉水热预处理中反应参数的调控以及在猪肉水热处理产物的厌氧消化中添加秸秆水热炭,证实了病死猪水热处理后厌氧消化的可行性,阐明了水热炭对产气的促进机理,旨在为病死猪的无害化处理及资源化利用和水热炭在厌氧消化中的应用提供理论依据和技术支撑。具体研究内容、方法和结果如下。1)研究了水热过程中基质浓度(10%～50%)和水热温度(140～180℃)对猪肉有机物降解性的影响。结果发现,140℃水热处理后,猪肉中固体有机物质量减少了 50%左右,脂质含量从24.6%降低到3.3%,蛋白质含量从16.4%降低到15.5%;液体产物的COD浓度可以达到305 g/L。温度一定时,基质浓度的增加对猪肉中有机物的总分解量没有影响。相同基质浓度下(50%),水热温度从140℃提高到180℃,残留固体的剩余质量从55.6%降低到27.3%,蛋白质的分解速度在160℃后加快。170℃处理后液体产物的COD浓度最高,可以达到642 g/L。2)研究了猪肉水热处理后残留固体和液体产物的产沼气潜力。通过批式厌氧消化(中温37℃),发现残留固体的产气潜力随着VS含量在2.4%～3.3%范围内升高而降低,液体产物的产气潜力随着有机负荷在1.0～5.0g-COD/L范围内升高而降低。残留固体和液体产物的最高产沼气潜力分别为464 mL/g-VS、826 mL/g-COD。猪肉水热处理产物在厌氧消化中产气的甲烷含量较高,可以达到73.4%。3)研究了两种稻秸与残留固体联合消化(未处理稻秸与160℃水热处理稻秸,稻秸VS含量10～50%)以及添加不同含量的稻秸水热炭(2～10 g/L)对残留固体产沼气的影响。残留固体的单独消化中,因氨氮浓度的抑制作用,单位产气量仅为236 mL/g-VS。与稻秸联合消化或添加水热炭,均能有效缓解氨氮抑制现象。联合消化中,未处理稻秸对产气的促进效果略高于水热处理稻秸对产气的促进效果;单位产气量在70%残留固体和30%未处理稻秸联合消化时最高,达428 mL/g-VS,产气提高量达到了 81.4%。添加不同含量的水热炭后,单位产气量在水热炭含量为6 g/L时最高,达451 mL/g-VS,产气提高量达到91.1%。此外,添加水热炭后沼气中的甲烷含量由57.5%增加到69.8%,高于联合消化中最高的甲烷含量63.3%。4研究了不同温度(220～280℃)制备的稻秸水热炭和不同浓度的水热炭添加量(2～8 g/L)对液体产物产沼气的影响。随着液体产物的有机负荷从2增加到8 g-COD/L,因接种比下降,单位产气由264下降到119mL/g-COD。水热炭添加促进了丙酸的转化,液体产物的单位产气量提高了 5.1～27.6%,且产气的提高量随着有机负荷的增加而增多。水热炭添加量对产气的影响比较明显,随着水热炭添加量的增大,产气量先增大后减少,最佳添加量为6g/L。添加量相同时,水热炭制备温度对产气影响的差异性较小,260℃制备出的水热炭对产气的促进效果相对较好。温度220～280℃范围内制备出的水热炭的比表面积特性差异性较小,但水热炭表面官能团的强度随着水热炭化温度的升高而增强。5)研究了水热炭对产气的促进作用机理。水热炭的添加增强了厌氧消化中接种污泥表面官能团的强度,水热炭的孔状结构为微生物的增殖提供了栖息空间。此外,水热炭的碱性环境还增强了体系对VFA变化的缓冲能力。水热炭能通过表面吸附作用去除一定浓度的氨氮和VFA;1 g/L水热炭能够吸附11 mg/L氨氮和10mg/LVFA。6)研究了水热炭添加对猪肉水热处理后固液产物半连续厌氧消化产沼气的影响。添加6 g/L的水热炭,固液产物半连续厌氧消化的累积产气量提高了 28.6%,固体基质的VS去除率提高了 17.06%。半连续厌氧消化中,有机负荷高于10 g-VS/L时的运行时间超过20天,体系的最高耐受有机负荷为14.76 g-VS/L。添加水热炭后产气抑制的氨氮阀值从1766提高到2584 mg/L,体系微生物耐受的最高氨氮浓度从2678提高到3383 mg/L。发酵液中乙酸含量在40%以上时,产气活动旺盛;乙酸含量在25～40%之间时,产气活动相对稳定;乙酸含量低于25%时,产气活动逐渐减慢。