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近年来，石油烃引发的环境污染广受关注，其中主要成分多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)属于有挥发性、残留性以及高毒性的持久性有机污染物。绝大多数的PAHs由于疏水性与低水溶性沉积到深层土壤中，导致一定程度污染。当今，微生物的厌氧降解是芳烃自然衰减的重要部分之一，但厌氧消化技术(Anaerobic degestion，AD)处理PAHs存在效率低等弊端，机理机制层面的研究也相对较少。因此，对PAHs厌氧消化的相关研究可以为评价其在深层土壤环境中的归趋以及厌氧环境的污染修复提供必要的理论依据及数据支撑。
本文选取PAHs模型污染成分—萘(Naphthalene，Nap)作研究目标对象，结合实际环境背景值，模拟黄河三角洲区域原位污染并进行室内实验，研究盐与萘复合污染对微生物群落结构的影响。添加羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)促溶，以零价铁(Zero-valent iron，ZVI)以及生物炭(Biochar, BC)介导，从改变种间电子传递方式层面提升萘的厌氧消化效率。探究零价铁/生物炭介导对萘厌氧消化的提质增效机制，分析不同盐度下耐受性微生物的丰度变化，揭示不同环境条件下的微生物群落响应关系。具体研究内容如下:
1.基于黄河三角洲地区石油烃污染背景值，研究了盐与萘复合污染的厌氧消化响应情况。结果表明，盐与萘复合胁迫对厌氧消化产甲烷宏观指标与微生物群落的微观指标造成了较大影响。在盐度为25‰，萘浓度为150mg/L的体系中，厌氧消化体系达到了最大程度抑制(产气抑制率达到99.22％)。此外，环境复合污染条件下，盐的存在对消化体系产生的影响远大于萘。盐的存在富集了耐受性微生物Methanofollis，最高丰度在含盐量为4.38‰的体系呈现，占据了产甲烷古菌的83％。氢营养型产甲烷菌在NaCl存在的系统中得到富集，而Nap的单独存在则有利于乙酸营养型产甲烷菌的生长。
2.结合上述实验结果，探究萘胁迫下厌氧消化的提效方法。选取ZVI、BC添加到含萘厌氧消化体系探究零价铁/生物炭与萘的量效关系,以揭示两者对萘的提质增效机制。研究表明，适量添加生物炭/零价铁均使含萘体系的厌氧消化效率得到了显著提升。厌氧产甲烷性能分析显示，萘胁迫下此，生物炭添加量为5.81g/gVS，萘浓度为300mg/L时，厌氧消化效果达到最优，与空白对照组相比，最大产甲烷潜能提高了30.05％。而在零价铁/萘的厌氧消化体系中，IN30-1(Nap=30mg/L，ZVI=8.40g/gVS)体系实现了最佳促进效果(PCH4=104.60mL/gVS)，相较空白组IN0-0(PCH4=95.12mL/gVS)，最大产甲烷量提升了10％，Kmax提升了42.86％。16SrRNA测序结果表明，生物炭与零价铁的加入使微生物群落结构发生了明显改变。互营菌、产酸菌以及产甲烷菌丰度的增加使得互营产甲烷过程得到优化。两者的加入也显著提高了氢营养型产甲烷菌的丰度并富集了参与种间电子传递的微生物菌种如Geobacter、Methanothrix、Chloroflexi等，其丰度分别在BN300-0.5(Nap=300mg/L，BC=5.81g/gVS)以及IN300-0.2(Nap=300mg/L，ZVI=1.68g/gVS)中达到最高。
3.为进一步解决萘的低水溶性问题，辅以HP-β-CD促溶，并基于批次实验零价铁/生物碳介导的萘胁迫下厌氧消化的最优投加量，进行萘胁迫下UASB反应器的长周期运转。研究发现，萘的持续投加导致反应器稳定性遭到破坏，而零价铁/生物炭与H-β-CD的强化调控使生物甲烷产量提高了58.33％，显著改善了厌氧消化体系。微生物群落分析及原位代谢实验表明，萘的长期存在使系统内丙酸(SPO)与丁酸型(SBO)互营氧化菌及氢营养型产甲烷菌丰度升高，乙酸互营代谢菌(SAO)与乙酸营养型产甲烷菌丰度降低。微生物代谢组学分析可知，HP-β-CD的促溶增大了解萘微生物对萘的可获得性，萘降解中间产物占比由0.06％上升为0.09％。
本文选取PAHs模型污染成分—萘(Naphthalene，Nap)作研究目标对象，结合实际环境背景值，模拟黄河三角洲区域原位污染并进行室内实验，研究盐与萘复合污染对微生物群落结构的影响。添加羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)促溶，以零价铁(Zero-valent iron，ZVI)以及生物炭(Biochar, BC)介导，从改变种间电子传递方式层面提升萘的厌氧消化效率。探究零价铁/生物炭介导对萘厌氧消化的提质增效机制，分析不同盐度下耐受性微生物的丰度变化，揭示不同环境条件下的微生物群落响应关系。具体研究内容如下:
1.基于黄河三角洲地区石油烃污染背景值，研究了盐与萘复合污染的厌氧消化响应情况。结果表明，盐与萘复合胁迫对厌氧消化产甲烷宏观指标与微生物群落的微观指标造成了较大影响。在盐度为25‰，萘浓度为150mg/L的体系中，厌氧消化体系达到了最大程度抑制(产气抑制率达到99.22％)。此外，环境复合污染条件下，盐的存在对消化体系产生的影响远大于萘。盐的存在富集了耐受性微生物Methanofollis，最高丰度在含盐量为4.38‰的体系呈现，占据了产甲烷古菌的83％。氢营养型产甲烷菌在NaCl存在的系统中得到富集，而Nap的单独存在则有利于乙酸营养型产甲烷菌的生长。
2.结合上述实验结果，探究萘胁迫下厌氧消化的提效方法。选取ZVI、BC添加到含萘厌氧消化体系探究零价铁/生物炭与萘的量效关系,以揭示两者对萘的提质增效机制。研究表明，适量添加生物炭/零价铁均使含萘体系的厌氧消化效率得到了显著提升。厌氧产甲烷性能分析显示，萘胁迫下此，生物炭添加量为5.81g/gVS，萘浓度为300mg/L时，厌氧消化效果达到最优，与空白对照组相比，最大产甲烷潜能提高了30.05％。而在零价铁/萘的厌氧消化体系中，IN30-1(Nap=30mg/L，ZVI=8.40g/gVS)体系实现了最佳促进效果(PCH4=104.60mL/gVS)，相较空白组IN0-0(PCH4=95.12mL/gVS)，最大产甲烷量提升了10％，Kmax提升了42.86％。16SrRNA测序结果表明，生物炭与零价铁的加入使微生物群落结构发生了明显改变。互营菌、产酸菌以及产甲烷菌丰度的增加使得互营产甲烷过程得到优化。两者的加入也显著提高了氢营养型产甲烷菌的丰度并富集了参与种间电子传递的微生物菌种如Geobacter、Methanothrix、Chloroflexi等，其丰度分别在BN300-0.5(Nap=300mg/L，BC=5.81g/gVS)以及IN300-0.2(Nap=300mg/L，ZVI=1.68g/gVS)中达到最高。
3.为进一步解决萘的低水溶性问题，辅以HP-β-CD促溶，并基于批次实验零价铁/生物碳介导的萘胁迫下厌氧消化的最优投加量，进行萘胁迫下UASB反应器的长周期运转。研究发现，萘的持续投加导致反应器稳定性遭到破坏，而零价铁/生物炭与H-β-CD的强化调控使生物甲烷产量提高了58.33％，显著改善了厌氧消化体系。微生物群落分析及原位代谢实验表明，萘的长期存在使系统内丙酸(SPO)与丁酸型(SBO)互营氧化菌及氢营养型产甲烷菌丰度升高，乙酸互营代谢菌(SAO)与乙酸营养型产甲烷菌丰度降低。微生物代谢组学分析可知，HP-β-CD的促溶增大了解萘微生物对萘的可获得性，萘降解中间产物占比由0.06％上升为0.09％。