田帥，朱易春，黃書昌，連軍鋒，秦欣欣，任黎曄，李鑫

（江西理工大學(xué)土木與測繪工程學(xué)院，江西贛州341000）

隨著污水處理普及率的提高，我國污水處理廠基本實現(xiàn)了全覆蓋，污水處理率高達(dá)93.4%[1]。然而，污水處理廠主要以好氧生物處理技術(shù)為主，高能耗及高產(chǎn)泥量已成為不可忽視的問題。基于目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及水污染治理要求，高效、節(jié)能、生態(tài)平衡和環(huán)境友好的污水處理技術(shù)已成為研究熱點。

厭氧生物處理技術(shù)不僅能耗低、污泥量少，而且還可將污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷等能源物質(zhì)回收利用，在生態(tài)環(huán)保和能源回收中發(fā)揮了重要作用[2]。但其主要應(yīng)用于乳制品污水、酒廠污水和屠宰場污水等典型高有機(jī)物含量的污水處理[3]。近年來，由于能源短缺問題日益突顯，厭氧生物處理技術(shù)開始逐步應(yīng)用于低濃度污水處理[4]。但是對于低濃度污水，厭氧生物處理技術(shù)存在一系列急待解決的問題，如污水有機(jī)物含量低（COD 濃度低于1000mg/L[5]）使得厭氧微生物生長緩慢，產(chǎn)氣量較小造成泥水混合液無法有效攪拌，厭氧功能菌生存條件苛刻導(dǎo)致微生物活性不高，嚴(yán)重制約了厭氧技術(shù)在低濃度污水中的應(yīng)用。針對以上問題，當(dāng)前主要通過添加膜組件截留污泥以提高生物量，調(diào)整系統(tǒng)運行參數(shù)或直接作用于厭氧污泥以提高微生物活性，構(gòu)建微生物間的電子傳遞以維持厭氧系統(tǒng)的穩(wěn)定性三個途徑來強化低濃度污水厭氧處理。

實現(xiàn)厭氧生物處理技術(shù)在低濃度污水中的應(yīng)用是污水處理轉(zhuǎn)型的有效途徑。因此，為進(jìn)一步加強對厭氧生物處理低濃度污水的認(rèn)識，本文闡述了厭氧生物處理的電子傳遞特性，梳理了溫度、pH 等因素對厭氧過程的影響，并總結(jié)了強化低濃度污水厭氧生物處理的方法，以促進(jìn)厭氧生物處理技術(shù)在低濃度污水中的應(yīng)用。

1 厭氧微生物及種間電子傳遞

根據(jù)作用微生物及產(chǎn)物的不同，厭氧生物處理過程可分為水解發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、同型產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷4個階段，各個階段的緊密銜接以及厭氧系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與厭氧微生物和種間電子傳遞（IET）密切相關(guān)。

1.1 厭氧微生物

厭氧處理涉及多種微生物，微生物間通過協(xié)同、拮抗作用共同維系著微生物群落的穩(wěn)定，為厭氧系統(tǒng)的高效運行奠定了基礎(chǔ)。在厭氧處理過程中， 擬 桿 菌 門（Bacteroidetes） 和 厚 壁 菌 門（Firmicutes）是水解過程中的主要菌群；綠彎菌門（Chloroflexi）、變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和厚壁菌門（Firmicutes）是酸化過程中的主要菌群；并且與產(chǎn)甲烷菌相比，水解菌生長迅速，對pH、溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)性更強[6]。此外，厭氧體系中還存在部分豐度較低的菌群， 如 螺 旋 菌 門（Spirochaetes）、 酸 桿 菌 門（Acidobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、浮霉菌 門 （Planctomycetes） 和 疣 微 菌 門（Verrucomicrobia）等菌群[7]。

在厭氧處理過程中，只有產(chǎn)甲烷階段完全由古菌參與。該階段生化代謝的本質(zhì)是產(chǎn)甲烷菌利用細(xì)胞內(nèi)特殊的酶和輔酶將CO2或甲基化合物中的甲基通過一系列的生物化學(xué)反應(yīng)還原成甲烷；同時產(chǎn)甲烷菌細(xì)胞形成鈉離子或質(zhì)子跨膜梯度，驅(qū)動細(xì)胞膜上的ATP 合成酶將ADP 轉(zhuǎn)化成ATP 以獲得能量[8]。然而，產(chǎn)甲烷菌對環(huán)境因子高度敏感且增殖周期長，一般情況下產(chǎn)甲烷是有機(jī)物甲烷化過程的限速步驟[9]。此外，產(chǎn)甲烷菌對底物有很強的特異性，僅能夠利用CO2、乙酸、甲醇等簡單化合物作為產(chǎn)甲烷底物。根據(jù)其利用底物可將產(chǎn)甲烷菌分為還原CO2型、甲基營養(yǎng)型和乙酸營養(yǎng)型（見表1），并由此形成還原CO2、乙酸和甲基營養(yǎng)3 種甲烷生物合成途徑。研究表明[10]，自然界中約三分之二的生物產(chǎn)甲烷來自于乙酸代謝，但目前僅發(fā)現(xiàn)甲烷八疊球菌 屬 （Methanosarcina） 和 甲 烷 鬃 菌 屬（Methanosaeta）可利用乙酸途徑產(chǎn)甲烷。相比于Methanosarcina，Methanosaeta對乙酸的親和力更強，可以在乙酸含量小于100μmol/L 的環(huán)境中生長[11]。通常一種產(chǎn)甲烷菌只具有一種甲烷代謝途徑，但Methanosarcina可利用底物范圍廣泛，是唯一能通過3種途徑產(chǎn)甲烷的甲烷菌，具有極強的適應(yīng)性[12]。

1.2 種間電子傳遞

IET在厭氧微生物的生長代謝及有機(jī)污染物的降解中發(fā)揮了重要作用。長期以來，厭氧體系中細(xì)菌與產(chǎn)甲烷菌之間的電子傳遞被認(rèn)為是通過種間H2/甲酸傳遞來實現(xiàn)[13]。其中，由于H2是還原CO2型產(chǎn)甲烷菌生成甲烷的電子供體，因此在厭氧體系中種間H2傳遞比較普遍。但是種間H2傳遞受H2分壓影響大，因為產(chǎn)H2過程與NAD+/NADH、FAD/FADH2及Fd(ox)/Fd(red)等氧化還原中間體的相互轉(zhuǎn)化相耦聯(lián)，這些耦聯(lián)反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的吉布斯自由能通常為正值，反應(yīng)無法自發(fā)進(jìn)行，只有當(dāng)H2分壓低于1Pa時，反應(yīng)方可自發(fā)進(jìn)行，從而完成電子的傳遞[14]。此外，甲酸也是厭氧過程中一種重要的種間電子載體，由其介導(dǎo)的種間甲酸傳遞同樣對厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生積極影響。然而，種間H2傳遞和種間甲酸傳遞在厭氧過程中的主導(dǎo)作用尚不明確。因此，種間電子載體的差異性對厭氧處理效果的影響仍需進(jìn)一步研究。

表1 不同類型產(chǎn)甲烷菌的反應(yīng)過程及代表菌屬[8,10-11]

近年來，研究發(fā)現(xiàn)厭氧過程中存在直接種間電子傳遞（DIET）。Summers 等[15]首次發(fā)現(xiàn)并證實Geobacter metallireducens和Geobacter sulfurreducens共培養(yǎng)體系中存在DIET。隨后研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)甲烷菌也能參與DIET。Rotaru 等[16]研究表明Methanosaeta harundinacea可 通 過 DIET 從Geobacter metallireducens接受電子，并利用獲得的電子將CO2還原為甲烷。Methanosarcina barkeri與Geobacter metallireducens之間同樣存在DIET，并通過DIET還原CO2產(chǎn)甲烷[17]。相關(guān)研究表明，DIET 比種間H2/甲酸傳遞更具代謝優(yōu)勢，其與種間H2/甲酸傳遞的本質(zhì)區(qū)別在于微生物可通過自身的導(dǎo)電菌毛、分泌的細(xì)胞色素以及外源導(dǎo)電物質(zhì)進(jìn)行直接電子傳遞[18]，電子傳遞速度更快、更穩(wěn)定（見圖1）。其中，菌毛是從細(xì)胞表面延伸出來的絲狀蛋白，不僅能幫助細(xì)菌附著，促進(jìn)細(xì)胞運動，還能將電子傳遞給胞外電子受體；而細(xì)胞色素是電子由細(xì)胞表面?zhèn)鬟f至胞外電子受體的重要介體蛋白，并且在不同胞外電子傳遞模式下參與的細(xì)胞色素種類存在差異；此外，微生物也能借助外源導(dǎo)電物質(zhì)如磁鐵礦、顆?；钚蕴炕蛏锾康葘崿F(xiàn)DIET[19]。因此，基于傳統(tǒng)厭氧消化面臨著的一些瓶頸問題[20]，比如揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的積累對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生毒性抑制，H2的積累增加氫分壓并抑制產(chǎn)乙酸菌的酶活性，以H2或甲酸為載體進(jìn)行的種間電子傳遞是厭氧消化的限速步驟，將DIET 與厭氧消化的結(jié)合不僅可以提高低濃度污水的處理效率，而且還能維持厭氧系統(tǒng)在低濃度污水條件下的穩(wěn)定運行。

圖1 微生物種間電子傳遞機(jī)制

2 厭氧處理影響因素

厭氧生物處理主要是運用微生物的厭氧消化原理，即在無氧條件下通過一系列厭氧微生物的協(xié)同作用，將污水中的有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷等物質(zhì)。該過程容易受到溫度、pH、VFA 等因素的影響。因此，有必要將以上因素控制在適宜的范圍內(nèi)（見表2），以維持厭氧體系的動態(tài)平衡，從而實現(xiàn)穩(wěn)定高效的厭氧處理。

表2 厭氧處理適宜運行參數(shù)

2.1 溫度

溫度是厭氧消化的重要影響因素之一，其通過影響酶活性，進(jìn)而影響微生物菌群的新陳代謝速率，最終改變有機(jī)物的降解速度。厭氧消化過程受溫度影響很大，主要是因為產(chǎn)甲烷菌對溫度非常敏感。當(dāng)產(chǎn)甲烷菌在某溫度下被馴化后，溫度波動超過0.6℃即會影響消化效果，溫度波動超過1℃時產(chǎn)氣量將急劇降低[26]。并且溫度降低對不同營養(yǎng)類型產(chǎn)甲烷菌活性的抑制程度存在顯著差別，在20～30℃時乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌對溫度脅迫表現(xiàn)出更好的耐受性，而在15℃以下時氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌則表現(xiàn)出更好的耐受性[27]。厭氧消化通常在中溫（30～40℃）或高溫（50～65℃）條件下進(jìn)行[21]。雖然在高溫條件下處理低濃度污水可提高有機(jī)物中碳流向甲烷的比例，但是需要更多的能量輸入來維持運行條件。而在低溫條件下處理低濃度污水不但會抑制微生物活性，使得處理效率降低，而且低溫下水的黏度增大，降低固液傳質(zhì)效率。劉智斌等[28]發(fā)現(xiàn)在10℃下處理低濃度污水容易導(dǎo)致消化鏈球菌科（Peptostreptococcaceae）產(chǎn)酸菌的相對豐度增加，出現(xiàn)VFA 的積累，出水VFA 從2mg/L 升高至12mg/L。盡管厭氧過程強烈地依賴于溫度，但在實際運行中，特別是冬季，很難保證中溫的運行溫度。因此，在低溫條件下實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的低濃度污水厭氧處理顯得尤為重要。厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）通過膜過濾與厭氧處理的耦合，為低溫下低濃度污水厭氧處理提供了可能。Ho 等[29]運用AnMBR 處理低濃度污水，在膜的截留作用下維持了反應(yīng)器內(nèi)較高的污泥濃度，使得AnMBR 在15℃時COD去除率仍能達(dá)到85%。

2.2 pH

pH 是影響厭氧消化性能和穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一。pH 過低會嚴(yán)重抑制產(chǎn)甲烷菌活性，過高則會導(dǎo)致有毒物質(zhì)（游離氨）的形成[30]。參與厭氧消化的水解菌、產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的最適pH 范圍有所差異，其中產(chǎn)甲烷菌對pH非常敏感，其最適pH范圍為6.5～7.2，并且在不同pH條件下，優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌群和產(chǎn)甲烷途徑也存在差異；但pH對水解菌、產(chǎn)酸菌的影響較小，其最適pH范圍較寬，在4～8.5之間[22]。張超等[31]通過低強度超聲波提高了厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）在低濃度污水條件下的抗水力沖擊負(fù)荷能力，并發(fā)現(xiàn)超聲對產(chǎn)酸菌活性提高的程度比產(chǎn)甲烷菌更高，經(jīng)產(chǎn)甲烷菌降解后，超聲組中剩余的VFA比對照組更多，使得pH降低，但與對照組相比pH 降低的幅度并不大，并未影響厭氧處理過程中產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌對有機(jī)物的降解。Kannan 等[32]采用中試規(guī)模AnMBR 處理低濃度污水時發(fā)現(xiàn)，在溫度和水力沖擊下，反應(yīng)器的pH 仍能維持在中性范圍。因此，在厭氧處理低濃度污水時，由于污水中有機(jī)物含量偏低，生成的中間產(chǎn)物VFA不易積累，通常保持進(jìn)水COD濃度/NaHCO3濃度比為0.9～1.0，即可控制反應(yīng)器內(nèi)pH在6.5～7.0之間，實現(xiàn)微生物之間的相平衡。

2.3 VFA

VFA 是厭氧消化關(guān)鍵影響因素之一，其濃度可用于判斷水解酸化與產(chǎn)甲烷是否平衡。在穩(wěn)定的厭氧消化系統(tǒng)中，VFA 的濃度為50～250mg/L，過量的VFA會對系統(tǒng)形成抑制[23]。VFA作為厭氧消化的中間產(chǎn)物，若不能被有效分解轉(zhuǎn)化，將導(dǎo)致整個系統(tǒng)運行失穩(wěn)。研究發(fā)現(xiàn)，VFA 中乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等的比例結(jié)構(gòu)對其降解速率有明顯影響[33]。其中，乙酸代謝因其最低的吉布斯自由能而使它比其他種類的VFA更容易被微生物降解利用，其降解速度比丙酸高20%～50%[33]?？裑34]采用上流式厭氧固定床反應(yīng)器（UAFBR）處理低濃度污水，發(fā)現(xiàn)乙酸是VFA 的主要成分，其對HRT 的變化最為敏感，HRT為12h、6h、3h時反應(yīng)器出水中乙酸分別為41.29mg/L、73.53mg/L、13.31mg/L，分別占出水總VFA 的83%、69%、86%。劉揚揚[35]采用沉降式污泥循環(huán)厭氧法處理低濃度污水，當(dāng)HRT 由10h 降低至6h 時，由于OLR 突然升高導(dǎo)致出水VFA 増加，引起酸累積，但酸累積現(xiàn)象在短期內(nèi)就得到有效控制，在整個運行過程中，反應(yīng)器出水VFA 一直處于較低水平（16.2～48.0mg/L），這與低進(jìn)水有機(jī)物濃度和增強的廢水-生物質(zhì)傳質(zhì)密切相關(guān)。因此，由于低濃度污水中有機(jī)物含量偏低，在厭氧處理過程中生成的VFA 基本能夠及時的被產(chǎn)甲烷菌消耗，VFA 不易積累，使得反應(yīng)器不易酸化。

2.4 氨氮

氨氮是影響厭氧消化整體效能的重要因素之一，其主要來自于厭氧消化過程中蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素等含氮物質(zhì)的降解。氨氮為厭氧微生物的生長、繁殖提供了重要的氮源，但由于厭氧消化體系缺乏自養(yǎng)型無機(jī)氮代謝微生物，使得反應(yīng)體系氨氮的積累加劇，這是氨氮成為厭氧消化抑制因素的重要原因[36]。研究表明，低濃度的氨氮可增強厭氧消化系統(tǒng)的緩沖能力，而高濃度的氨氮則會抑制厭氧微生物的活性，從而限制厭氧消化的進(jìn)程[37]。為提高厭氧消化系統(tǒng)的處理效率及運行穩(wěn)定性，可從調(diào)節(jié)C/N比等角度延緩或消除氨氮抑制。對于低濃度污水厭氧處理系統(tǒng)，如果進(jìn)水C/N比過高，則會由于氮源不足導(dǎo)致碳源不能充分利用；如果C/N比過低，則易出現(xiàn)氨氮積累造成氨氮抑制厭氧微生物活性。通過調(diào)節(jié)進(jìn)水C/N比，可以有效控制系統(tǒng)中氨氮濃度，避免出現(xiàn)氨氮抑制。因此，一般情況下，將進(jìn)水C/N 比控制在20～30是低濃度污水厭氧處理的適宜條件[25]。

2.5 其他

3 強化厭氧生物處理策略

厭氧生物處理低濃度污水存在污泥活性較差、啟動周期長和處理效率不高等問題，嚴(yán)重制約了厭氧技術(shù)在低濃度污水中的應(yīng)用。為解決該問題，學(xué)者提出通過運用厭氧膜生物反應(yīng)器、提高微生物活性以及構(gòu)建DIET來強化低濃度污水厭氧處理。

3.1 厭氧膜生物反應(yīng)器

低濃度污水厭氧處理效率較低主要是由于低有機(jī)物條件下厭氧菌活性不足，代謝能力較弱，導(dǎo)致相對于好氧菌需要更長的停留時間。而高效厭氧系統(tǒng)可以有效地分離水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT），并且由于系統(tǒng)內(nèi)積累了較高的生物量，因而可在低濃度污水下穩(wěn)定運行[43]。近年來，將厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）、厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）等高效厭氧反應(yīng)器用于處理低濃度污水的研究越來越多。其中，厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）是一種將膜與厭氧生物處理有效結(jié)合的技術(shù)，具有COD 去除率高、污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點。膜組件的加入避免了污泥流失，促進(jìn)了厭氧微生物的生長、繁殖以及優(yōu)勢菌群的富集，在提高污水處理效果的同時增強了能源回收效率[44]，使得AnMBR處理低濃度污水具有良好的可行性及潛力。Lin 等[45]利用浸沒式厭氧膜生物反應(yīng)器（SAnMBR）處理低濃度污水，甲烷產(chǎn)率高達(dá)0.26L CH4/gCOD，并論證了SAnMBR處理低濃度污水具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。許得雨等[46]發(fā)現(xiàn)AnMBR 處理低濃度污水具有良好的穩(wěn)定性以及抗溫度沖擊能力，即使溫度由35℃降到25℃，COD 去除率仍能保持在93%以上。AnMBR 在低濃度污水處理中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，但一直以來，膜污染問題嚴(yán)重制約了AnMBR 的應(yīng)用與推廣。厭氧動態(tài)膜生物反應(yīng)器（AnDMBR）的出現(xiàn)有效緩解了AnMBR存在的膜污染問題，與AnMBR相比，AnDMBR在膜組件成本、膜通量、膜清洗和能量需求等方面具有顯著優(yōu)勢[47]。在低濃度污水處理方面，Hu等[48]在22～25℃、HRT=8h條件下探討了AnDMBR處理不同有機(jī)負(fù)荷（COD=300～1000mg/L）污水的可行性，結(jié)果表明，有機(jī)負(fù)荷的增加對COD 的去除沒有負(fù)面影響，反而促使COD 去除率提高到90%以上。此外，Yang等[49]發(fā)現(xiàn)AnDMBR在極端操作條件下也有極好的適應(yīng)性，即使HRT 縮短至1h，反應(yīng)器COD 去除率仍能達(dá)到60%，甲烷產(chǎn)率達(dá)到0.05L CH4/gCOD。因此，AnMBR 是一種強化低濃度污水厭氧處理的有效手段，但其推廣應(yīng)用一直被膜污染問題所困擾，如何最大限度地緩解或者消除膜污染成為膜技術(shù)強化低濃度污水厭氧處理的關(guān)鍵所在。

3.2 微生物活性

厭氧處理低濃度污水時由于污水中有機(jī)物含量低于1000mg/L，厭氧微生物處于饑餓狀態(tài)，導(dǎo)致微生物活性不足。因此，提高厭氧微生物活性可作為強化低濃度污水厭氧處理的有效手段。通?？蓪RT、溫度等運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，營造有利于厭氧微生物生存的環(huán)境，從而提高微生物活性。楊忠啟等[50]在處理低濃度污水時發(fā)現(xiàn)，隨著HRT降低，反應(yīng)器COD 去除率逐漸提高，在HRT=5h 時COD 去除率可達(dá)85%以上。但處理效率提高的根本原因是微生物與污水之間的傳質(zhì)作用對微生物活性產(chǎn)生了重要影響[51]。HRT 的降低加強了反應(yīng)器內(nèi)的擾動，使得微生物與污水中有機(jī)物的接觸更為充分，促進(jìn)了微生物與污水之間的傳質(zhì)作用，為厭氧微生物營造了良好的生存環(huán)境，從而提高微生物活性。另有研究表明，適量微量元素能夠提高厭氧微生物的活性，從而強化有機(jī)物的去除。李光蕾等[52]在低溫（15～18℃）下通過投加Ni+（0.2mmol/L）提高了微生物活性，強化了厭氧反應(yīng)器處理低濃度污水的性能，COD 去除率由67%提升至75%。近年來，基于超聲作用能夠提高生物活性這一特點，學(xué)者嘗試將低強度超聲波應(yīng)用于低濃度污水厭氧處理，以提高污水生物凈化效率。Xie 等[53]探討了將低強度超聲波應(yīng)用于強化污水厭氧生物處理的可行性，結(jié)果表明，超聲強度為0.2W/cm2、輻照時間為10min時，微生物活性得到顯著增強，超聲組出水COD較對照組降低了30%。Zhu 等[54]對低強度超聲波強化低濃度污水厭氧生物處理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)低強度超聲波能顯著提高厭氧污泥的生物活性，當(dāng)聲能密度為0.1W/mL、輻照時間為10min 時，厭氧污泥輔酶F420和脫氫酶（DHA）的含量分別增加了59.8%和192.3%，COD去除率達(dá)到87.3%。因此，通過調(diào)控運行參數(shù)、投加微量元素和低強度超聲波處理均能提高微生物活性，從而有效強化低濃度污水的厭氧生物處理。

3.3 直接種間電子傳遞

DIET 是近年來新發(fā)現(xiàn)的種間電子傳遞方式，比傳統(tǒng)的種間H2/甲酸傳遞更高效。DIET的出現(xiàn)不僅打破了厭氧體系中必須依賴種間H2/甲酸傳遞的傳統(tǒng)認(rèn)識，而且為強化低濃度污水厭氧處理提供了一條全新的思路。有學(xué)者提出通過富集地桿菌、產(chǎn)甲烷菌以實現(xiàn)DIET 的構(gòu)建。Zhao 等[55]通過促進(jìn)有機(jī)物的分解轉(zhuǎn)化來富集地桿菌等微生物，進(jìn)而促進(jìn)系統(tǒng)中地桿菌與產(chǎn)甲烷菌構(gòu)建DIET，最終有效提升了厭氧系統(tǒng)的效能。同樣，對Methanosaeta、Methanosarcina等參與DIET的產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行富集也可有效促進(jìn)DIET 的構(gòu)建。也有學(xué)者選擇直接投加菌劑以構(gòu)建DIET。Zhang等[56]在厭氧消化系統(tǒng)中投加Geobacter sulfurreducensPCA 菌劑，以此實現(xiàn)DIET 的構(gòu)建。另外，添加顆?；钚蕴恳部梢源龠M(jìn)厭氧體系中DIET的構(gòu)建。并且宏基因組分析表明，顆?；钚蕴靠筛患瘏⑴cDIET 的微生物（Geobacter和Methanosarcina），使電子供體通過顆?；钚蕴康慕閷?dǎo)作用將電子更高效的傳遞到電子受體上，實現(xiàn)DIET 的潛在增強[57]。盡管低濃度污水厭氧處理具有運行成本低、剩余污泥少等優(yōu)點，但其主要適用于中溫污水處理，低水解速率、低產(chǎn)甲烷活性限制了其在低溫條件下的應(yīng)用。最近研究發(fā)現(xiàn)，在低溫條件下處理低濃度污水的厭氧反應(yīng)器中投加顆粒活性炭可以促進(jìn)DIET 的構(gòu)建，由此提高產(chǎn)甲烷菌活性，改善低溫下低濃度污水厭氧處理的性能。Zhang 等[58]研究表明，在低溫（16.5℃±2.0℃）條件下投加顆粒活性炭有助于地桿菌和產(chǎn)甲烷菌的富集，促進(jìn)二者間DIET 的構(gòu)建，進(jìn)而提高了低溫下低濃度污水厭氧處理過程中COD 的去除（從62%提高到75%）和CH4的產(chǎn)生（從87mgCH4-COD/d提高到218mgCH4-COD/d）。同時，Zhang 等[59]發(fā)現(xiàn)投加顆?；钚蕴看龠M(jìn)了微生物功能基因pilA 的表達(dá)，并在細(xì)胞導(dǎo)電結(jié)構(gòu)e-pili的作用下構(gòu)建DIET，提高了低濃度污水在低溫（20℃）下的厭氧處理效率（COD 去除率從56%提高到82%）和比產(chǎn)甲烷活性[從20mL CH4/(gVSS·d)提高到58mL CH4/(gVSS·d)]。綜上所述，通過富集菌群、投加藥劑和添加顆?；钚蕴康确椒ň蓪崿F(xiàn)DIET 的構(gòu)建，并可通過構(gòu)建DIET提高低濃度污水在低溫下的厭氧處理效率。

4 結(jié)語

厭氧生物處理能夠?qū)崿F(xiàn)污水治理和能源回收，是一種極具前景的綠色技術(shù)。通過了解種間電子傳遞、厭氧微生物及影響因素，有助于保證厭氧系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行。同時，對強化低濃度污水厭氧生物處理的研究，能夠促進(jìn)厭氧處理技術(shù)在低濃度污水中的應(yīng)用，對其發(fā)展具有重要意義。今后可在以下方面加強研究。

（1）菌種篩選。雖然對厭氧功能菌的研究取得了一定的進(jìn)展，但仍有大量菌群尚未確定，這極大地限制了厭氧技術(shù)的發(fā)展。特別是低濃度污水中的有機(jī)物含量低，厭氧微生物長期處于饑餓狀態(tài)將發(fā)生菌群演變，將“耐饑餓”的菌群進(jìn)行富集可有效縮短反應(yīng)器啟動周期。

（2）強化途徑。目前大多是通過調(diào)控溫度、pH 等參數(shù)來營造適宜厭氧微生物生存的環(huán)境，以此提高微生物活性。但參數(shù)控制法的效率偏低，使得反應(yīng)器啟動周期較長。今后可考慮直接作用于微生物本身，通過促進(jìn)胞內(nèi)外物質(zhì)分泌、加強底物傳質(zhì)速率來強化微生物活性。