近年来,随着工农业生产迅猛发展,使得大量的氮、磷污染物进入湖泊、水库,造成水体富营养化,引发蓝藻、绿藻、硅藻等藻类大量繁殖,对环境造成严重的危害。厌氧消化是藻类处理的经济有效技术之一。但是该技术在我国藻类处理中的应用仍很不充分,主要因为之一是蓝藻细胞壁的主要成分为肽聚糖和胶质,其难以水解。另外,传统以氢为电子载体电子传递(IHT)很难维持系统内的酸性平衡和产甲烷互养代谢的稳定,导致厌氧消化效率较低。已有研究表明,微生物电解池(MEC)中促进废水或废物的厌氧消化,其原因是电极作为电子受体富集铁还原菌,促进阳极氧化分解复杂有机物,从而促进厌氧消化;磁铁矿作为导体材料促进种间直接电子传递,改善厌氧消化。但是目前关于MEC/磁铁矿通过阳极氧化或加速微生物间的电子传递对铜绿微囊藻厌氧消化的机理尚未阐述清楚。本研究将引入电场,探讨施加高低电压对铜绿微囊藻厌氧消化产甲烷的影响;在此基础上投加导体纳米磁铁矿,进一步研究纳米磁铁矿对MEC中铜绿微囊藻厌氧消化有机物分解和产甲烷的促进效果和机理。主要研究结果如下:(1)为了探讨高低电压对蓝藻厌氧消化促进作用,将碳刷、碳棒分别作为阳极和阴极内置于厌氧消化反应器中,构成单室产甲烷的MEC反应器。结果表明:1.2 V组总产气量和产甲烷比对照组(未施加电压)分别提高了35.7%和47.8%;VSS提升78.95%;1.2 V反应器的平均阳极库伦效率提高24.9%,电流计算证实,施加电压强化阳极氧化分解复杂有机物(肽聚糖和胶质),促进厌氧消化水解过程,为产甲烷提供更多的底物。高通量分析发现阳极富集电活性微生物(Geobacter),证实电场有助于铁还原菌和产甲烷菌电子转移种间直接电子传递(DIET),促进产甲烷。2.0 V总产气量比对照组(1172 m L)提高了24.40%,产甲烷量提升了33.77%;VSS去除率提升60.71%,相比1.2 V都有降低,其原因为过高电压对厌氧微生物产生了抑制,影响厌氧消化效果。(2)MEC设定电压为1.2 V,分别投加0 mg/L、20 mg/L、1 g/L和4 g/L纳米磁铁矿,研究纳米磁铁矿对MEC中铜绿微囊藻厌氧消化产甲烷的作用。结果表明,0 mg/L、20 mg/L、1 g/L和4 g/L各组累积甲烷产量分别为459.40 m L、579.54m L、538.41 m L和419.92 m L,20 mg/L组累积甲烷产量比对照组(459.40 m L)提高了26.15%,1 g/L相较对照组提高17.20%,4 g/L组累积甲烷产量产生了抑制。投加20 mg/L组产甲烷效果最佳,平均阳极库伦效率相较于对照组提升11.12%,电流计算证实,纳米磁铁矿强化MEC促进了厌氧消化水解过程,为产甲烷阶段提供了大量小分子有机物,促进产甲烷。高通量微生物测序分析结果显示,投加20 mg/L组悬浮污泥Clostridium sensu stricto和Syntrophomona的丰度相较于对照组(未投加纳米磁铁矿)分别提高33.04%和66.3%;且阳极表面污泥中存在着Geobacter和Methanothrix,表明投加磁铁有助于铁还原菌(Geobacter)和产甲烷菌种间直接电子转移,从而促进蓝藻有机物分解和产甲烷。投加纳米磁铁矿还富集了Methanobacterium等耗氢产甲烷菌。因此,纳米磁铁矿强化MEC促进了厌氧消化水解过程及微生物互养代谢过程。