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苯酚是一种有毒污染物,广泛存在于煤化工、制药等工业生产废水中,若不妥善处理会对生态环境和人类健康造成巨大的危害。厌氧生物技术是处理苯酚废水的重要方法,具有经济成本低、可回收生物能等优点,但也面临着由于苯酚水解速率慢导致高酚环境下乙酸产甲烷菌活性受到抑制和微生物种间电子传递效率低下等问题。本论文以苯酚厌氧生物转化过程中的问题为导向,从种间电子传递机制的角度出发,探索磁铁矿（Fe3O4）耦合零价铁（ZVI）、Fe3O4耦合外源氢以及颗粒活性炭（GAC）耦合外源氢等强化电子传递、促进苯酚厌氧转化的方法;分析各种强化方法对微生物的种间电子传递性能、菌群的代谢活性以及厌氧微生物菌群结构的影响;最后利用宏基因组学从分子和基因水平解析GAC耦合外源氢强化种间电子传递促进苯酚厌氧生物转化的作用机理。取得的主要研究结果如下:1.将Fe3O4耦合ZVI加入到苯酚厌氧消化系统中以强化其厌氧生物转化,研究表明Fe3O4耦合ZVI对苯酚厌氧产甲烷过程具有明显的协同促进作用,其苯酚降解速率和甲烷生成量分别比单独Fe3O4组提高8.8～23.1%和11.9～31.6%,比单独ZVI组提高5.9～17.1%和4.4～18.3%。经分析,Fe3O4耦合ZVI对苯酚厌氧产甲烷过程具有明显的协同促进作用主要发生在乙酸产甲烷过程,其主要包括两方面原因:（1）Fe3O4强化乙酸氧化细菌的生长,促进乙酸氧化成H2和CO2;ZVI腐蚀产生微氢促进嗜氢产甲烷菌的富集生长,加快了氢气向甲烷转化的电子传递过程,即Fe3O4耦合ZVI强化了互营乙酸氧化和嗜氢产甲烷路径。（2）Fe3O4耦合ZVI强化苯酚厌氧消化体系中乙酸氧化细菌与嗜氢产甲烷菌之间的电子传递效率,这也是二者发挥协同作用的关键因素。2.为了构建优势的互营乙酸氧化+嗜氢产甲烷路径（SAO+HM）,将Fe3O4耦合外源氢加入苯酚厌氧消化系统。研究表明Fe3O4对苯酚的厌氧降解有明显的强化作用,外源氢对苯酚的甲烷转化率起着至关重要的作用,然而Fe3O4耦合外源氢对苯酚厌氧生物转化未发挥协同促进作用。经分析,Fe3O4耦合外源氢明显降低了污泥的电导率和胞外蛋白质的分泌,该结果表明Fe3O4产生DIET和外源氢产生的IET在胞外电子传输的过程中相互干扰,从而降低胞外电子的传递效率。微生物群落结构分析结果显示Fe3O4耦合外源氢促使苯酚互营降解细菌Syntrophus和Syntrophorhabdu和互营乙酸氧化细菌Clostridium＿sensu＿stricto＿12的相对丰度显著提高。在外源氢的作用下,嗜氢产甲烷菌Methanobacterium成为优势产甲烷菌属,Fe3O4耦合外源氢促使苯酚的厌氧产甲烷路径由嗜乙酸型产甲烷路径（AM）为主转化为互营乙酸氧化+嗜氢产甲烷路径（SAO+HM）为主。3.为了提高胞外电子的传递效率,将GAC耦合外源氢加入到苯酚厌氧消化系统中,研究表明GAC耦合外源氢能够显著提高苯酚厌氧甲烷转化率。GAC耦合外源氢后污泥的嗜氢产甲烷活性是乙酸产甲烷活性的9.3倍,且污泥的电子传递系统活性和胞外聚合物的分泌都达到了协同增长,说明互营细菌和嗜氢产甲烷细菌之间的种间电子传递效率得以强化。微生物群落结构分析表明外源氢能强化苯酚降解细菌Cryptanaerobacter的富集,从而加快苯酚向苯甲酸的生物转化。同时,外源氢会抑制乙酸产甲烷菌的生长,但促使乙酸氧化细菌（SAO菌）和嗜氢产甲烷菌的生长。在苯酚厌氧消化系统中,GAC耦合外源氢构建了优势SAO+HM产甲烷路径,且互营细菌和嗜氢产甲烷菌之间的种间电子传递效率得以提高。4.采用宏基因组学解析GAC/外源氢强化苯酚厌氧生物转化种间电子传递的作用机制,GAC耦合外源氢可促进互营细菌（Syntrophorhabdus、Syntrophaceae、Syntrophorhabdaceae）、电活性细菌（Geobacter,Geobacteraceae）以及产甲烷菌（Methanothrix、Methanobacterium）的富集,GAC为功能菌群提供了良好的富集场所。GAC表面上嗜氢产甲烷过程中的功能蛋白和种间电子传递过程中的功能蛋白的相对丰度均明显的提高。同时,嗜氢产甲烷路径下的功能基因和控制细菌菌毛生长功能基因的丰度上调,从分子水平和基因水平证明了GAC耦合外源氢可强化苯酚厌氧系统中的电子传递过程和嗜氢产甲烷过程。通过分析功能菌群、功能蛋白和功能基因之间的相关性可知,GAC表面上构建了优势的嗜氢产甲烷路径,且互营细菌和嗜氢产甲烷细菌之间的通过胞外菌毛进行DIET,从而促使种间电子传递效率得以提高,这是GAC/外源氢强化苯酚厌氧生物转化的内在原因。