剩余污泥是一种在污水处理过程中产生的物质,不经妥善处理将对环境造成危害。厌氧消化技术能将剩余污泥减量化,同时将甲烷、有机酸等资源回收,但却受限于其较低的水解效率和不稳定的甲烷产量。在厌氧消化系统中投加无定形铁氧化物可富集铁还原菌,进而激发异化铁还原作用促进复杂有机物的降解。但在厌氧培养过程中无定形铁氧化物的结晶形态会自发的变化,易转变为热力学上更稳定的晶体铁氧化物,降低其被还原的能力。另一方面,持续投加三价铁盐会降低工程应用的经济性。在厌氧消化系统中,亚硝酸盐可以促进污泥细胞破壁和有机物的释放。同时,亚硝酸盐能化学氧化Fe(Ⅱ)为Fe(Ⅲ),进而减少异化铁还原过程中Fe(Ⅲ)的投入,实现Fe(Ⅱ)氧化/Fe(Ⅲ)还原的循环,然而这个过程却鲜被关注。基于以上考虑,在本论文通过向厌氧消化反应器投加亚硝酸盐来驱动Fe(Ⅱ)氧化/Fe(Ⅲ)循环,探究了亚硝酸盐与的铁的相互作用对剩余污泥厌氧消化的影响及亚硝酸盐驱动Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循环对铁氧化物晶型转化的影响。主要研究成果如下:(1)首先使用亚硝酸盐在弱碱性条件下预处理剩余污泥6天,发现污泥中97.3%的Fe(Ⅱ)被氧化,产生的Fe(Ⅲ)能参与微生物异化铁还原过程。相比于空白组,投加亚硝酸盐反应器内VFAs积累量显著提高,污泥VSS去除率和甲烷累积产量分别提高了86%和22%。扫描电镜和三维荧光光谱分析显示污泥细胞破壁,有机物被大量释放,可生物降解性显著提高;微生物群落分析表明反硝化菌和铁还原菌得到富集;通过可行性分析发现投加亚硝酸盐以代替长期投入三价铁盐更具有经济性,有利于在工程上的运用。(2)在投加水铁矿的厌氧系统中长期使用亚硝酸盐驱动铁循环,发现该过程能延缓铁氧化物的二次结晶,使铁氧化物保持生物还原性。XRD表征和XPS分析表明,亚硝酸盐化学氧化Fe(Ⅱ)的产物接近无定型的水铁矿,而停止亚硝酸盐的投加后,体系中的铁氧化物则向结晶度更高的铁氧化物转化;亚硝酸盐驱动的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循环减少铁氧化物表面吸附的Fe(Ⅱ),这改变了厌氧消化中铁氧化物晶型转变的途径和产物。