利用餐厨垃圾厌氧发酵生产甲烷是高效清洁的生物质能利用方式。但是餐厨垃圾酸败成分乳酸厌氧发酵的电子传递能力弱,乳酸降解中间产物丙酸容易过度积累抑制发酵反应,乳酸降解的多元竞争反应途径不清晰导致产甲烷效率低等技术瓶颈问题尚未解决。本文采用微生物电化学增强乳酸厌氧发酵的电子传递,揭示乳酸产甲烷过程中电子传递的竞争途径;采用纳米零价铁促进丙酸高效降解,调控菌群结构强化电子传递促进产甲烷反应;通过酸化预处理将乳酸降解由低效的丙酸型发酵变为高效的丁酸型发酵,促进碳氢转化提高甲烷生产效率。采用微生物电化学增强了乳酸厌氧发酵产甲烷过程的电子传递,三维荧光光谱揭示了乳酸产甲烷过程中电子传递的竞争途径,高通量测序剖析了电化学对微生物菌群的调控机制。当恒定电压升高时,乳酸厌氧发酵的甲烷产量先升后降,在恒定电压为0.8 V的最优工况下甲烷产量比未施加恒定电压时提高了27.4%。电化学作用使微生物胞外聚合物中具有电子传递功能的腐殖酸含量减少,使微生物细胞间的电子传递途径由利用胞外聚合物传递变成更加高效的直接电极传递。在恒定电压为0.8 V时,微生物菌群中产电菌Firmicutes的相对丰度由51.5%提高至59.7%,微生物能够在电极片表面形成稳定的生物膜,厌氧发酵系统的电子传递能力得到增强。采用纳米零价铁促进丙酸高效降解并优化调控微生物菌群结构,增强了微生物细胞间的电子传递促进产甲烷反应。当纳米零价铁添加量为2 g/L时,微生物菌群中Candidatus Cloacamonas的相对丰度由2.2%提高到3.8%,促进了更多丙酸降解转化为乙酸;同时Methanomassiliicoccus和Methanosarcina的相对丰度由14.6%和2.1%分别提高到24.2%和3.9%,促进了甲烷生成。发酵系统中表观电子传递速率常数由0.029 s-1提高到0.034 s-1,电化学性能得到改善。乳酸酸化降解产物中乙酸量占可溶代谢产物总量的比例由32.9%提高到55.1%,使乳酸发酵得到的甲烷产量提高了37.1%。通过深度酸化预处理将乳酸降解方式由低效的丙酸型发酵变成更加高效的丁酸型发酵,促进碳氢转化提高了甲烷生产效率。采用丁酸梭菌为主要成分的酸化细菌对乳酸进行预处理,对乳酸降解过程中还原性辅酶Ⅰ的动态监测发现:深度酸化预处理会消耗NAD+并转化为NADH,符合丁酸型发酵的反应类型;而未经预处理工况的NADH/NAD+比值几乎没有变化,为典型的丙酸型发酵类型。经过深度酸化预处理后乳酸降解产物中的丙酸量在可溶性代谢产物总量中的占比由69.6%显著降低至19.5%,乳酸厌氧发酵的甲烷产量比未预处理时提高了56.8%达到615.1 m L CH4/g TVS,生产甲烷峰值速率增加了2.7倍。