随着社会经济的不断发展,城市有机垃圾产量逐年增加,引起了人们的广泛关注。高有机质含量、高含水率的餐厨、厨余、果蔬垃圾等是城市有机垃圾的主要组成部分,适用于厌氧消化技术进行处理。但这些有机垃圾在单独消化时由于营养物质不平衡,往往导致反应效率不高或失败,因此需要开发高效的城市有机垃圾协同处置技术。基于此,本论文首先研究了不同混合比例的餐厨、厨余、果蔬垃圾厌氧消化时的产气性能及系统稳定性,确定了最佳的混合比例。为进一步提升厌氧消化性能,选用磁铁矿、碳纳米管作为导电材料促进微生物菌群之间的电子传递来提高甲烷产率,确定了最佳的磁铁矿、碳纳米管的投加量。最后,研究了磁铁矿、碳纳米管对水解酸化和产甲烷阶段的影响,并采用电化学分析了对接种污泥电子转移能力的影响。论文的主要研究结果如下:(1)不同混合比例餐厨、厨余、果蔬垃圾厌氧消化实验。结果表明三底物混合消化的效果最佳,最优混合比例为餐厨/厨余/果蔬垃圾5:2:3。此时,沼气和甲烷产量最高为614.8 m L/g VS和354.51 m L/g VS,与餐厨单底物消化相比,分别提高了10.42%和27.02%。三底物混合消化相对于两底物和单底物消化,具有更高的产气协同效应和系统稳定性。微生物群落分析表明不同底物混合改变了体系中微生物种群的丰富度和多样性。细菌主要的优势菌门为Chloroflexi和Bacteroidetes;占主导的产甲烷菌是Methanobacteriales(28.82-52.11%)和Methanobacterium(11.43-30.74%),而三底物混合消化富集了Methanosaeta,促进了乙酸型产甲烷途径,提高了甲烷量。(2)磁铁矿、碳纳米管促进餐厨、厨余、果蔬垃圾厌氧共消化产甲烷实验。结果表明磁铁矿、碳纳米管提高了累积甲烷产量,添加磁铁矿、碳纳米管的消化组中的最高累积甲烷产量分别为592.56 m L/g VS和622.27 m L/g VS,比空白组的449.02 m L/g VS分别提高了31.97%和38.58%。添加磁铁矿、碳纳米管加速了乙酸、丙酸、丁酸的降解,促进了EPS的分泌,提高了脱氢酶活性。微生物菌群分析表明,各消化组主要的细菌为Chloroflexi(15.13-27.66%)、Firmicutes(9.44-24.77%)和Actinobacteria(16.4-26.78%)。甲烷菌群分析表明,对种间H₂电子传递途径有重要作用的氢营养型产甲烷菌Methanobacteriales和Methanobacterium占优势地位。与空白相比,磁铁矿富集了参与直接种间电子传递(DIET)的Methanosaeta和Methanosarcina;碳纳米管富集了Methanosaeta,进而促进了DIET途径产甲烷,最终提高了甲烷产量。(3)磁铁矿、碳纳米管对水解酸化和产甲烷阶段影响实验。结果表明磁铁矿、碳纳米管对餐厨、厨余、果蔬垃圾水解酸化阶段的碳水化合物、蛋白质、SCOD和VFAs的影响不明显(P>0.05)。产甲烷阶段结果表明添加磁铁矿、碳纳米管的甲烷产量分别提高了18.16%和14.89%。磁铁矿、碳纳米管加速了VFAs的降解,缓解了氨氮的累积,辅酶F₄₂₀的活性分别提高了36.05%和31.55%。电化学分析结果表明磁铁矿、碳纳米管提高了接种污泥循伏安曲线(CV)的峰值电流,提高了氧化还原活性。空白组、磁铁矿和碳纳米管组中接种污泥的电子供给能力的值分别为54.97、66.83和69.49μmol e^-/g VS;电子接受能力分别为67.25、83.13和76.59μmol e^-/g VS。结果表明磁铁矿、碳纳米管主要影响了产甲烷阶段,提高了接种污泥的电子转移能力,提高了甲烷产量。