【摘 要】
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导电材料（CMs）可以通过加速电活性细菌和产甲烷菌间的种间电子转移来提高厌氧甲烷的生成量以及生成速率。然而,直接投加导电材料的成本问题以及其比表面积的限制使其在厌氧消化工程中难以得到应用。在本研究中,将5 wt%、10 wt%、15 wt%和20 wt%的导电多壁碳纳米管（MWCNTs）与高密度聚乙烯（HDPE）混合,制备了新型导电悬浮载体,并将其应用于生物膜活性污泥复合工艺（IFFAS）中。对这
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导电材料（CMs）可以通过加速电活性细菌和产甲烷菌间的种间电子转移来提高厌氧甲烷的生成量以及生成速率。然而,直接投加导电材料的成本问题以及其比表面积的限制使其在厌氧消化工程中难以得到应用。在本研究中,将5 wt%、10 wt%、15 wt%和20 wt%的导电多壁碳纳米管（MWCNTs）与高密度聚乙烯（HDPE）混合,制备了新型导电悬浮载体,并将其应用于生物膜活性污泥复合工艺（IFFAS）中。对这种新型的导电型载体强化污水处理性能从化学需氧量（COD）去除,产甲烷性能,甲烷产率以及微生物群落等方面进行探究。主要研究成果如下:（1）使用一定比例的多壁碳纳米管（5、10、15、20 wt%MWCNTs）作为功能性改性材料,辅以硅藻土,滑石粉经过熔融共混定型法混合入传统商用的HDPE生物载体制备新型导电型载体,并应用到高浓度有机污水的处理中。结果表明,新型导电悬浮载体的电导率比普通的HDPE载体提高了1-2个数量级,附着生物量也提高了1.15-1.71倍。在有机负荷率（OLRs）为11.3～26.3 kg COD/（m3?d）时处理丙酸钠废水,与传统HDPE载体填充的控制组反应器相比,MWCNTs改性载体填充的IFFAS反应器的COD去除（去除率分别提高0.9-12.0%（R2）、0.2-16.7%（R3）、3.2-22.0%（R4）和3.8-25.2%（R5））和产甲烷性能（累积甲烷提高1.5-25.1%（R2）、3.1-36.8%（R3）、5.6-44.9%（R4）和19.6-62.9%（R5））上表现出显著优势。扫描电子显微镜（SEM）图像和高通量测序结果表明,碳纳米管修饰的载体上成功建立了细菌与产甲烷古菌之间的直接种间电子传递（DIET）。新型导电载体的加入实现了对互营电活性菌Geobacter、Thauera和产甲烷古菌Methanotrix的高效富集,MWCNTs改性载体反应器与HDPE载体反应器相比电活性菌以及电子接受型产甲烷菌的相对丰度分别提高了0.6-4.6%和4.2-16.8%。本研究证明,多壁碳纳米管修饰的导电悬浮载体可有效建立DIET,为导电材料的厌氧工程应用提供了一种可行的策略。（2）在此基础上,开展了室温下MWCNTs改性载体强化厌氧污水处理性能的研究。实验结果表明,在室温下处理以乙醇,丙酸钠,葡萄糖以及蔗糖碳源的有机污水时,实验组相较于对照组表现出良好的COD去除性能（COD去除率分别提高2.9-4.4%（R2）、5.2-11.4%（R3）、6.2-15.2%（R4）和8.5-16.2%（R5））以及产甲烷性能（累积产甲烷量分别提高11.0-35.0%（R2）、16.7-43.9%（R3）、20.8-60.6%（R4）和25.5-72.6%（R5））。以上结果为MWCNTs改性导电型载体的工程化应用进一步提供了依据。
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