强化废水厌氧生物体系中直接种间电子传递(DIET)能力是提高有机废水厌氧生物产甲烷性能的有效途径。为了提高废水厌氧生物处理过程中产甲烷效率,本文采用具有良好表面缺陷的氮掺杂碳材料和具有P型共轭结构的导电聚苯胺(Polyaniline,PANI)作为厌氧生物体系的导电介质,进一步富集厌氧体系中具有DIET能力的微生物,同时提高废水厌氧生物处理体系中微生物胞外电子在导电材料界面的转移效率。首先,以富氮的PANI为前驱体制备了氮掺杂碳材料。然后,考察了碳化温度对材料比表面积、缺陷程度以及氮掺杂量及类型的影响。随着碳化温度的升高,材料比表面积、缺陷程度和氮掺杂量均呈现下降趋势。其中,碳化温度为600℃时制备的氮掺杂碳材料比表面积和缺陷程度较高,吡啶氮、吡咯氮和石墨氮分布均匀,均为30%左右,具有较好电子转移能力和生物亲和性。将这些氮掺杂碳材料作为导电介质投加至废水厌氧生物处理体系中来强化厌氧产甲烷性能。结果表明,当碳化温度为600℃时制备得到的氮掺杂碳材料促进厌氧生物产甲烷性能最好,甲烷产量和产甲烷速率较空白组分别提高20%和17%。优化得到氮掺杂碳材料较适宜的投加量为0.6 g/L,产甲烷速率较空白组提高10%。研究发现,在废水初始COD浓度为6000 mg/L时,投加氮掺杂碳材料的厌氧生物体系产甲烷性能均优于对照组。酶活性测试结果表明,氮掺杂碳材料能有效促进磷酸转乙酰酶(PTA)、磷酸转移丁酰酶(PTB)和NAD非依赖性乳酸脱氢酶(NNLD)的活性,且均提高50%以上,这对体系中乙酰辅酶A、丁酰辅酶A和乳酸的代谢起着重要的作用,最终促使乙酸的产生。氮掺杂碳材料的投加可有效促进体系中乙酸丙酸等代谢,从而促进厌氧生物产甲烷过程。氮掺杂碳材料的投加强化了微生物间的DIET过程,提高了厌氧体系中产乙酸菌Smithella与乙酸营养型产甲烷古菌Methanosaeta的丰度。本文进一步考察了氮掺杂碳材料与P型导电聚合物在促进厌氧生物产甲烷性能上的相互作用关系。采用三聚氰胺为前驱体制得富氮掺杂碳材料,将其负载于聚苯胺表面,得到氮掺杂碳/PANI复合材料。并调控材料复合比例,探究不同负载比例下复合材料对厌氧生物产甲烷的促进效果。优化得到负载比例为0.15时达到最佳产甲烷量,可提高33%的甲烷产量,且产甲烷速率提高11%。此时氮掺杂碳/PANI复合材料中吡啶氮、吡咯氮和石墨氮分配均匀,且导电性较好,为0.44 S/cm。同时,氮掺杂碳/PANI复合材料能有效促进磷酸转乙酰酶(PTA)、磷酸转移丁酰酶(PTB)、草酰乙酸转羧酶(OTC)和NAD非依赖性乳酸脱氢酶(NNLD)的活性,且均提高40%以上,这对体系中乙酰辅酶A、丁酰辅酶A、丙酮酸和乳酸的代谢起着重要的作用。结合挥发性脂肪酸测试结果,氮掺杂碳/PANI的投加可有效促进体系中乙酸代谢。并且能大量富集Methanolinea、Clostridium和Enterobacter,促进氢营养型产甲烷途径和提升葡萄糖的降解速率,强化材料作为导电介质的作用,实现了胞外电子在材料界面的快速转移,从而加速产甲烷速率。