我国医药、化工等行业发展迅速,导致有毒难降解工业废水排放量大,带来的持久性有毒有机物污染已成为我国水环境健康与水生态安全的主要障碍。氯代硝基苯类化合物属典型的有毒难降解有机物,是染料、医药、化工等行业的重要基础原料,其化学性质稳定、生物降解性差、在生物体内蓄积并具有三致效应。因此,有关氯代硝基苯类化合物的环境行为和控制技术受到国内外学者广泛关注。论文针对厌氧生物反应器启动周期长、系统易酸化和难降解废水处理性能差等问题,鉴于直接电子传递过程在持久性有毒有机物厌氧还原中的关键作用,以氯代硝基苯类废水为处理对象,研发了磁铁矿强化生物电极耦合型UASB新工艺,应用电化学、扫描电镜和x-射线能谱分析(SEM-EDX)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)等技术,开展了磁铁矿-生物电极-厌氧污泥耦合系统降解污染物特性、磁铁矿强化电极耦合型UASB反应器启动与其强化机制等研究,取得如下研究成果:1、建立了多组厌氧污泥、生物电极-厌氧污泥耦合的分批试验装置,研究磁铁矿投加对常规厌氧污泥体系、生物电化学体系强化p-ClNB还原转化性能的影响。结果表明,在不同厌氧体系中p-ClNB先还原转化为p-ClAn,然后脱氯。其中,磁铁矿-生物电极-厌氧污泥耦合体系的脱氯反应速率常数最高,强化因子达3.73。CV曲线扫描分析发现,生物膜阴极存在氧化还原峰,-1000 mV时产生的电流密度为非生物阴极的6.7倍;磁铁矿的投加进一步增强了生物阴极的电流密度(1.6倍),明显强化了微生物与电极表面的胞外电子传递过程。2、构建了磁铁矿强化生物电极耦合型UASB反应器,研究磁铁矿对厌氧生物电化学系统的常规污染物去除、厌氧污泥颗粒化的影响。结果表明,在磁铁矿的作用下生物电极耦合型UASB反应器启动过程污染物去除性能得到提升,COD去除率最终稳定在99%以上,颗粒污泥平均粒径达621.4μm,明显优于对照反应器。同时,磁铁矿强化电极耦合型UASB反应器能够产生较高的电流密度,并大幅降低反应器的氧化还原电位,利于厌氧反应进行与污泥颗粒化。观察颗粒污泥结构发现,磁铁矿强化电极耦合型UASB反应器内形成的厌氧颗粒污泥具有清晰的外表和致密的结构,其表面富集大量的铁元素,内部包裹纳米磁铁矿,证实其对电极耦合型UASB工艺性能改善具有强化作用。3、基于成功启动的磁铁矿强化生物电极祸合型UASB反应器,以2,4-二氯硝基苯(2,4-DClNB)为目标污染物,研究耦合工艺去除污染物性能与还原脱氯机制。结果表明,随着进水2,4-DClNB负荷由25g m-3d-1增至200 g m-3d-1,磁铁矿强化电极耦合型UASB反应器的污染物去除性能以及体系pH均较为稳定,COD、目标污染物去除率分别达97%和100%。GC-MS分析反应器出水发现,2,4-DClNB降解途径为2,4-DClNB→2,4-DClAn→4-ClAn(主要产物)./2-ClAn(次要产物)→…→矿化。其中磁铁矿强化生物电极耦合型UASB反应器和电极耦合型UASB反应器可强化2,4-DClNB的最终矿化过程,避免有毒中间产物的积累。应用SEM电镜扫描分析电极生物膜与颗粒污泥结构发现,阳极和阴极表面生物膜均被纳米磁铁矿覆盖,同时菌胶团内部同样存在大量的纳米磁铁矿,研究结果进一步证实磁铁矿在强化电极耦合型UASB工艺胞外电子传递与污染物去除性能方面具有重要作用。