剩余污泥作为消化处理的副产物,近年来产量越来越大。而厌氧消化是污泥处理的主要技术之一,但目前仍存在着停留时间长、有机物转化率低和产气量不高等问题。研究表明,向剩余污泥厌氧消化过程中投加外源导电介质如铁系导电介质和碳系导电介质,可以促进微生物的直接种间电子传递(DIET,direct interspecies electron transfer),有利于提升污泥厌氧消化效率,促进产甲烷。因此,本研究向厌氧消化反应器投加导电介质以强化厌氧消化反应,并探究其投加量及粒度变化对厌氧消化的影响及促进机理。首先,实验探究了铁系与碳系导电材料的投加量变化对厌氧消化过程的影响,向厌氧消化反应器中分别投加2 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L的铁粉、磁铁矿和活性炭和石墨,以及设置不添加导电介质的空白对照组。对厌氧消化过程中溶解性化学需氧量(SCOD)浓度、沼气产量以及反应结束后有机物降解率、微生物种群分布等指标进行分析,结果表明:铁粉、磁铁矿的最佳投加量分别为10 g/L和5 g/L,累积产沼气量较空白组分别高12.4%和11.9%;活性炭和石墨最佳投加量均为10 g/L,累积产沼气量较空白组分别提高11.2%和10.6%。四种导电介质随投加量增至最佳投加量,对厌氧消化效果的强化效果增强,而随投加量继续增加,促进效果反而减弱。其次,实验探究了铁系与碳系导电介质的投加粒度变化对厌氧消化过程的影响,在第一部分得出四种导电介质最佳投加量的基础上,向厌氧消化反应器中分别投加16目、50目、100目、200目、400目的铁粉、磁铁矿和活性炭和石墨,并设置空白对照组。通过对反应过程中SCOD浓度、挥发性脂肪酸(VFAs)浓度、产气量、甲烷含量以及有机物降解率等指标进行分析,结果表明:铁粉和磁铁矿均随粒度减小对厌氧消化促进效果更好,在400目时总产气量和有机物去除率达到最大,磁铁矿主要是促进水解酸化阶段,提供更多的水解酸化产物;铁粉能加快酸化产物的消耗,提升产甲烷阶段效率。而投加活性炭主要对水解酸化产物的产生起到促进作用,且随粒度减小到100目促进效果最佳。投加石墨能加快水解酸化阶段产物的消耗,对产甲烷阶段产生促进作用,且随粒度减小到400目促进效果增强。最后初步分析探讨了导电介质强化剩余污泥厌氧消化的机理,通过对厌氧消化反应结束后污泥上清液的电导率以及微生物种群分布等指标进行分析,并且设置相应投加量和投加粒度的惰性材料玻璃组作为对照,分析排除投加导电介质起到的载体作用的影响。结果表明:投加铁系导电介质对污泥体系电导率有明显提升作用,而碳系导电介质的提升作用不明显;投加导电材料对微生物种群类别影响不大,但是对微生物种群丰度产生影响:投加磁铁矿和活性炭对特定水解酸化细菌有富集作用,而投加铁粉和石墨能有效提升电活性产甲烷古菌的丰度。惰性材料对比实验表明,投加导电介质的反应器中微生物紧密地富集在导电介质表面,有利于直接种间电子传递;此外投加惰性材料的反应器相较空白组对剩余污泥厌氧消化效能影响很小,表明强化厌氧消化过程的关键因素不是添加导电材料的载体效应,而是导电介质的导电特性。综上分析,投加铁粉、磁铁矿、活性炭及石墨四种导电介质能够有效强化污泥厌氧消化过程,提升产气效率,对于探寻新型厌氧消化强化途径、提升剩余污泥回收利用效率有一定实践应用意义。