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生物电化学系统(Bioelectrochemical systems，BESs)是一种利用电化学活性微生物自身的代谢活动来催化氧化有机污染物的新型环境能源技术，它能在修复污染水体的同时实现对污水生物质能的回收。从工程应用的角度来看，BESs目前面临的主要问题在于实际废水接种时电化学活性微生物成膜的速度比较慢，进而导致BESs的启动时间长和产能效率低。季铵基修饰阳极已被证实是一种能够有效提升BESs启动速度的方法，但是并非所有的阳极材料都具有被功能基团修饰改性的条件，因此本文采用直接向阳极电解液中投加不同种类季铵盐化合物（Quaternary ammonium compounds，QACs）的方法，研究其对电化学活性微生物成膜的影响及机理。结果发现，低浓度(0.01M)的短链QACs能够迅速吸附在阳极材料表面，增强界面的亲水性和正电性，促使微生物向阳极的聚集和生长，使启动速度和电流输出均有大幅提高。启动时间比不添加QACs的空白实验缩短29％，仅用了91±0.5h，库伦效率也从空白组的37±1.0％提高到72±2.0％。循环伏安曲线的结果显示，0.01M的峰电流密度比空白组增加了23％，并且拥有更宽的氧化还原窗口，说明其阳极生物膜的催化活性升高。高通量测序结果则证实，QACs对阳极生物膜的群落结构具有筛选作用，生物膜中电化学活性微生物的种类明显增多，并且发酵细菌的含量也有所增加。发酵细菌可以帮助代谢复杂的有机底物，为电化学活性微生物提供更多可利用的基质。微生物之间这种协同共生的互养关系使得生物膜的群落结构获得优化，系统的能量效率也达到最大。然而，高浓度的短链QACs和长链QACs因其过高的生物毒性，反而造成抑制微生物成膜的结果。