我国有毒难降解有机工业废水产生量多、处理难度大,是目前水环境治理、水安全保障的重大难题。氯代硝基苯属典型的异生物合成物质与重要的基础化工原料,广泛应用于染料、医药、农药等行业,化学性质稳定、生物降解性差、且具有三致效应,极易在水体沉积物、土壤等环境中累积,并通过生物富集进入食物链,危害人类健康和生态安全。因此,开展经济高效的有毒有机物污染控制技术研究,意义重大。论文以对氯硝基苯(p-ClNB)为研究对象,基于厌氧微生物还原转化特性与生物电化学还原催化能力,开展生物阳极驯化与性能评估、生物膜电极-厌氧微生物耦合强化p-ClNB还原转化及强化机理、生物膜电极-UASB耦合工艺性能等研究,取得如下研究成果：1、为强化生物膜电极性能,研究了MFC驯化对生物膜电极性能与p-ClNB还原转化的影响。对比自然覆膜方式发现,经MFC驯化后的石墨毡电极欧姆阻力降至2.5Ω,仅为对照电极的1/4；在0.5V外加电压下,MFC驯化的生物膜电极构成的MEC有效电流可达8-10mA,而对照电极的有效电流始终在1mA以内。在目标污染物转化方面,负载生物阳极反应器的p-ClNB准一级还原反应速率常数达(0.256±0.017)h-1,是负载对照阳极反应器的1.65倍((0.155±0.008)h-1)。实验证明,通过MFC驯化生物阳极,可实现MEC系统快速启动及目标污染物高效转化,并促进生物阴极的形成,成功建立生物膜电极-厌氧微生物耦合体系。2、鉴于生物膜电极强化p-ClNB还原转化能力,研究了生物膜电极-厌氧污泥耦合系统还原转化p-ClNB过程特性与影响因素。结果表明,在外加电压0.5V、污泥浓度3g.L·1条件下耦合系统的p-ClNB还原转化速率常数κ达(0.328±0.012)h-1,而单独厌氧污泥体系仅为(0.124±0.005) h-1,强化因子Q(Kbioelectrode+Sludge/KSludge)为2.65,表明生物膜电极-厌氧污泥耦合系统可强化p-ClNB还原转化性能。研究还发现,p-ClNB还原转化受外加电压、电极面积、污泥浓度、外加碳源等影响。其中,外加电压从0.2V增至0.5V时p-ClNB还原转化速率由(0.222±0.004)h-1增至(0.328±0.012)h-1,随着电压进一步增至0.8V反应速率常数却有所下降((0.295±0.008)h-1),推测外加电压过高影响附着在电极上微生物的新陈代谢与电子传递。有机碳源投加量由4g·L-1降至2g·-1,P-ClNB还原转化性能稳定同时阴极库伦效率增加,推测在外电子供体不足的情况下,存在内源电子供体促进p-ClNB还原转化。此外,增加污泥投加量(1-3g·L-1)、增大电极面积(10-40cm2)均可提高P-ClNB还原转化速率,增强耦合体系性能。3、构建了生物膜电极-UASB耦合工艺,研究p-ClNB还原转化特性与厌氧颗粒污泥性能。结果表明,在进水有机负荷、p-ClNB负荷分别为2.1-4.2kgCOD·m-3·d-1、60g·m-3·d-1时,相比对照UASB反应器(R1),耦合生物膜电极的UASB反应器(R2)具有较高的COD去除率(99%)、p-ClNB还原转化速率(最高为0.328h-1)和系统稳定性。在颗粒污泥性能方面,生物膜电极-UASB耦合反应器R2污泥颗粒化速度较快,颗粒平均粒径明显大于R1。分析污泥表面胞外多聚物(EPS)含量和接触角发现,R2反应器内颗粒污泥具有较高的EPS含量((268.9±13.45)mg·L-1)与表面疏水性(103.3°±1.2°)。从系统产气量与具体组分分析来看,有机负荷4.2kgCOD·m-3·d-1条件下两组反应器的产气量分别为(1.98±0.12)L·kgCOD-1·d-1、(2.48±0.1)L-kgCOD-1·d-1,产气量大的R2反应器气相含氢量仅为R1反应器的1/2-1/4,且随着有机负荷的下降R2中气相含氢比例进一步下降。开展分批试验研究耦合工艺中生物膜电极与厌氧污泥产氢产甲烷特性,结果揭示,耦合工艺可促进产氢,氢气作为内源电子供体强化p-ClNB还原转化速率；对生物膜电极进行循环伏安曲线检测发现p-ClNB还原峰电位正移、还原峰电流增大,证实生物膜电极对p-ClNB转化起催化还原作用。综上分析认为,生物膜电极-UASB耦合工艺存在电化学与厌氧微生物共还原、生物膜电极催化还原等途径,通过生物膜电极产氢作电子供体、降低体系ORP,微电场刺激微生物EPS分泌及改变污泥表面特性等一系列作用,实现耦合工艺高效还原转化p-ClNB以及厌氧污泥颗粒化,研究结果可为有毒难降解有机废水高效处理提供可行的工艺技术原理。