随着城市化进程加速和区域人口迅速增长，污水处理厂的数量也随之增加， 通过占 90%以上的活性污泥处理工艺产生了大量的剩余污泥，发展污泥高效资源 化新技术和方法已成为污水处理同步资源回收的关键突破口。热解技术是实现污 泥水分和营养元素释放的一种方式，目前在我国部分污水厂应用并获得污泥的稳 定和高效处理。活性污泥在热解处理和脱水后，产生的污泥热解液含有蛋白质、 多糖和挥发性脂肪酸等主要成分，但是在高温高压反应条件下，上述有机质通过 美拉德反应产生类黑素形式（Melanoidins）的缩合碳大分子物质。缩合碳会导致 常规厌氧消化（AD）的生物降解性变差，引发厌氧处理运行时间长、系统效能 不稳定等问题。本课题提出了构建微生物电化学系统强化厌氧处理污泥裂解液中 缩合碳的新方法，通过较小的辅助电压驱动微生物电解（MEC）转化复杂碳源， 并同步回收氢气、甲烷等能量；通过关键参数优化，揭示了电活性微生物和产甲 烷菌的富集调控机制。

      构建了微生物电解-厌氧消化耦合（MEC-AD）反应器，研究了外电压对微生 物电解池处理污泥热解液中碳源转化的提升作用，实现了裂解液中主要复杂碳源 降解效率的提升。通过辅助电压的优化，发现1.0 V的电压是处理过程的最佳电 压。与对照的AD和MEC相比，MEC-AD对多糖和蛋白的去除效果均有进一步提 升，耦合反应体系中COD的去除率分别提升了14.78%和7.71%。通过表征类黑素 的UVA254分析，类黑素的紫外吸收数值从15.75±0.085 a.u./cm降低到11.55±0.26 a.u./cm，证明耦合工艺对缩合碳实现有效的去除。

        研究了微生物电解强化碳源降解过程的电子传递效率，获得了产氢和产甲烷 效率的最佳条件。对生物膜的活性研究发现，不同外加电压下阳极和阴极所具有 的ATP活性均高于对照组。1.0 V的电压条件下，细胞色素c含量最高，电子的传 递效率最高，阳极和反应器的总阻抗更低，具有更高的氧化还原电流。在最佳辅 助电压条件下，获得了最大平均产氢速率（0.18±0.018 m3 /（m3 • d））和产甲烷速 率（0.076±0.016 m3 /（m3 • d）），是AD对照组的79倍和的2.60倍。1.0 V电压下也 具有更低的阳极库伦效率CE（100.08±4.26%）和更高的阴极库伦效率Rcat （56.99±9.75%）。同时也实现了最高的电能回收效率，达到了74.96±12.29%。 MEC-AD产生的总能量为1167.83±76.96 J，是MEC的1.29倍，能量回收效率为 43.09±1.69%，大于MEC的32.28±7.17%，表明MEC-AD在能量回收方面更占优势。 在电子利用的方面，MEC-AD的阳极库伦效率CE更低，但是阴极效率Rcat和MEC 的接近。在电极生物膜上，MEC-AD与MEC相比，阴极和阳极的细胞色素c含量 均更高，电子的传递效率也更高。MEC-AD具有更大的氧化还原电流，阳极和阴 极的总阻抗更低。

      揭示了外电压对耦合系统处理裂解液复杂碳源的微生物群落结构。与AD相 比，外加电压对电极和悬浮液的丰富度和群落多样性影响明显。外加电压对电活 性微生物的富集有重要作用，阳极区域1.0 V下电活性微生物丰度最高，主要以 Sedimentibacter属和Geobacter属为主，阴极区域0.8 V下电活性微生物丰度最高， 主要以Desulfovibrio属和Comamonas属为主。在微生物电解池中产甲烷菌的主导 菌属为嗜氢型产甲烷菌属Methanobacterium，在AD中产甲烷微生物主导菌属为乙 酸型产甲烷菌属Methanosarcina。外加电压使电极上的微生物向着更专一化的方 向演化，Acetoanaerobium和Aminivibrio是MEC中除产甲烷菌属外，相对丰度最高 的属。MEC-AD中悬浮液中电活性微生物的群落也发生改变，Dechlorobacter和 Sedimentibacter是MEC悬浮液中的主导菌属，Sedimentibacter是MEC-AD悬浮液中 的主导菌属。在MEC和MEC-AD中，嗜氢型产甲烷菌属Methanobacterium为主导 产甲烷菌属。

        综上所述，弱电条件下微生物电解明显提升了污泥热解液复杂碳源的生物降 解能力，对有机物的去除的和能源回收都有着重要作用。外加电压同时实现了悬 浮液中菌群的定向功能强化，MEC-AD耦合可以在MEC的基础上对污泥热解液的 降解效果进一步提升。