随着我国社会经济的快速发展和生活垃圾分类的梯次推进，有机垃圾的能源化和资源化技术已成为研究热点。同湿式厌氧消化（W-AD）相比，干式厌氧发酵（D-AD）具有处理负荷高、容积产气率高、产沼液量少或不排放沼液、后处理简单以及运行能耗低等突出优势，在欧洲等发达国家广泛应用于畜禽废弃物、厨余垃圾等有机固体废弃物的处理与资源化。尽管干式厌氧发酵技术在我国的发展和工程应用起步较晚，但其日益得到重视，具有广阔应用前景。因物料含固率高，干式厌氧发酵过程中底物各组分的浓度以及生物量明显增加，物料的流动状态、粘度等流变特性、传质、抑制与缓冲、微生物代谢、生化反应速率等影响发酵产甲烷过程的因素均发生改变，这些因素在实际应用中如何影响厌氧发酵效果值得深入研究与探讨。因此，本论文针对干式厌氧发酵工程提质增效的实际需求，通过实际工程调研、实验室试验研究、厌氧消化数学模型和计算流体力学优化模拟等方法，开展了气动搅拌干式厌氧工程运行特征研究，探讨了有机固废的反应动力学及三元pH缓冲体系，建立了高含固率对厌氧产甲烷影响的数学模型，通过计算流体力学优化了干式厌氧气动搅拌系统的喷嘴结构和布置方式，并采用CFD-粘度耦合模型优化旋转搅拌，为工程优化提供科技支撑。
      通过现场调研，分析了不同季节下生活垃圾中常温干式厌氧发酵产气效能，结果表明，干式厌氧发酵运行温度受环境温度影响大，夏季平均运行温度最高，而夏季和秋季的VS产气率较高；容积有机负荷波动大，平均容积产气率从高到低依次为夏季（2.44±0.33 m3/(m3⋅d)）>春季（2.31±0.28 m3/(m3⋅d)）>冬季（2.25±0.29 m3/(m3⋅d)）>秋季（2.10±0.14 m3/(m3⋅d)）。相关性分析结果表明，中常温干式厌氧发酵的产气能力与运行温度显著相关（p<0.01），春、夏、冬三季的温差与VS产气率显著相关（p<0.05），秋季温差与pH缓冲能力显著相关（p<0.05）。连续厌氧发酵过程的古菌、细菌群落结构分析表明，温度和进料底物显著影响干式厌氧发酵功能微生物的结构，低温下优势功能菌的活性与丰度降低。因此，在现有运行基础上，建议加强春、秋季变温期的温差调控，通过加温和增加回流比等方式提升春季和秋季变温期、冬季低温期的厌氧运行温度，将升温期和降温期的平均运行温度调控为29℃，并提高夏季容积有机负荷，进而提高该干式厌氧发酵工程的产气效能和运行稳定性。
      基于实验室产甲烷濳势（BMP）和产酸濳势（BAP）试验结果，率定了厌氧消化数学模型（ADM1）参数，采用灵敏度分析方法，明确了kmsu、kmac和kssu、ksac为影响厌氧消化传质过程的主要反应动力学参数；通过模型校正，建立了适于干式发酵厌氧产甲烷的数学模型，在TS=15%、20%时模拟产甲烷结果的R2为0.978。在批次干式厌氧发酵ADM1模型基础上，将模型拓展应用于工程规模连续干式厌氧发酵产甲烷的模拟，在不同季节下建立优化的ADM1模型并得到验证。同时，通过pH缓冲体系研究，阐明了以有机生活垃圾为底物的三元pH缓冲体系特征。
      针对目前干式厌氧发酵工程中气动搅拌系统的喷嘴设计及其在实际应用中的局限，采用CFD对喷嘴进行了模拟与优化，结果表明，采用与厌氧罐地面平齐、倾斜50°的布置方式更优，且通过喷管的改进能实现气动搅拌增效的目的；CFD-粘度耦合模型模拟针对旋转机械搅拌提供了不同搅拌强度、不同物料流变特性下的搅拌优化策略，非牛顿流体的粘度剪切力对混合效果影响大，需平衡能耗与搅拌效率两者关系。