氯代硝基苯类化合物是一种常见的卤代芳香烃,由于其具有遗传毒性和“三致”效应,被许多国家列为优先控制持久性有毒难降解有机污染物。基于生物电化学系统-厌氧生物反应耦合工艺强化难降解污染物厌氧降解是当前研究热点之一,但污染物生物毒性对电极生物膜的抑制、耦合工艺长期稳定运行的工艺调控、耦合工艺强化机制等相关研究仍较匮乏。鉴此,论文以2,4-二氯硝基苯(DCINB)为目标污染物,开展了生物电化学系统生物阳极生物膜耐毒驯化以及电极间距、电极面积(反应器体积/电极面积比)、电极浸没比例(电极在污泥中的浸没比例)等结构参数优化研究;构建了生物电化学系统-上流式厌氧污泥床(UASB)耦合工艺,探究了外加电压、盐度、DCINB浓度等工艺参数对耦合工艺性能的影响,提出了间歇加电耦合工艺运行模式,初步揭示了生物电化学系统-UASB耦合工艺强化DCINB废水厌氧生物处理机制。主要研究结果如下:1.构建了分批操作的无离子交换膜生物电化学系统,采用梯度提高DCINB浓度策略驯化生物阳极生物膜,发现生物阳极耐毒驯化后电极生物膜活细胞比例由47.3%上升至66.1%,表明其在高浓度DCINB环境暴露下仍保持高电化学活性,为无离子交换膜生物电化学系统构建提供重要保障。同时与有膜系统相比,无离子交换膜生物电化学系统电荷传递阻力由244.6 Ω下降至49.9Ω2,DCINB去除率从73.3%上升至91.3%,推测部分DCINB可直接通过厌氧生物途径去除,因此整体污染物去除效率进一步提高。2.构建了分批操作的生物电化学系统-厌氧污泥耦合工艺,探究电极间距、电极面积、电极浸没比例等结构参数对生物电化学系统性能的影响,发现电极浸没比例对系统性能影响最显著。当电极浸没比例为50%时,电极生物膜厚度适中(40μm),系统内阻由240.5 Ω下降至138.3 Ω,系统电流由4.4 mA上升至6.6 mA,对应DC1NB去除率上升至75.5%。获得耦合工艺优化参数为电极间距2.3 cm、反应器体积/电极面积比40、电极浸没比例40%,在此条件下DCINB去除速率为1.82±0.04 mg L-1 h-1,Cl-生成量为11.89±0.18 mg L-1。3.构建了连续运行的生物电化学系统-UASB耦合工艺,研究外加电压、DCINB浓度、盐度等工艺参数对工艺性能的影响,发现生物电化学系统-UASB耦合工艺稳定性明显高于传统UASB反应器,一定电压范围内(0-1.5 V)耦合工艺性能随外加电压升高而提升,但外加电压过高(2.0V)耦合工艺性能下降。外加电压与厌氧污泥间存在协同作用,刺激微生物分泌胞外多聚物并保持较高脱氢酶活性,促进DCINB去除,因此工艺参数变化时耦合工艺稳定性更高。间歇加电生物电化学系统-UASB耦合工艺研究表明,高污染物负荷下(150 gDCINB m-3d-1)间歇加电工艺与连续加电工艺苯胺最大生成速率均达12.1 gn-3 d-1,而间歇加电模式耗电量仅为连续加电模式的50%(0.02 kWh g-1AN)。耦合工艺中富集了与电子传递和还原脱氯相关的功能菌属,其中间歇加电工艺污泥中Syntrophomonas和Dehalobacter丰度分别为8.2%和2.6%,阴极生物膜对应丰度分别为4.7%和3.3%。连续加电工艺污泥中Syntrophomonas和Dehalobacter丰度分别为6.4%和3.0%,阴极生物膜对应丰度分别为6.4%和8.4%。本研究结果表明生物电化学系统-UASB耦合工艺能够长期稳定处理DClNB废水,间歇加电具有电能消耗低、处理效果好的特点,有望取代传统连续加电模式,为后续氯代硝基苯类有机废水深度处理提供思路和借鉴。