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偶氮染料是指分子结构中含有-N=N-双键的化合物,由于其分子结构稳定,而且脱色产物往往为毒性更高的芳香胺类污染物,含偶氮染料的废水已成为当前废水处理的重点和难点之一。厌氧折流板反应器(ABR)改善了传统厌氧反应器的水力条件、启动速度、微生物截留和分化能力而被广泛应用于废水处理。然而,偶氮染料废水经过ABR处理后其COD和色度仍然较高,且生物毒性增强。大量研究表明,微生物产电呼吸可以强化污染物的降解转化。厌氧活性污泥中存在着大量可以利用电极作为电子受体呼吸产电、耦合有机污染物降解转化的微生物。由此推测,当向ABR中加入电极作为微生物厌氧呼吸的电子受体,实现微生物产电,可能会提高反应体系中提高功能微生物的丰度和活性从而促进偶氮染料的脱色和脱毒。为了验证这一假说,我们在一组总容积为3.6 L、三格室的ABR的每一格室中各加入一套MFC电极,构建ABR-MFC耦合反应器。反应器在常温下连续运行,运行周期为96d,A07浓度以200、400、800 mg/L的浓度梯度逐级提升,HRT为2 d。以酸性橙7(A07)为实验染料,跟踪监测了ABR和ABR-MFC中偶氮染料的脱色、降解及其产物的生态毒性。结合微生物群落结构和功能活性变化特点,研究微生物产电对ABR中偶氮染料降解的影响,获得以下主要结果：微生物产电呼吸显著提高了ABR对A07的脱色、降解和脱毒作用。在进水浓度为400 mg/L时,废水中色度和可溶性COD的去除率在ABR-MFC中分别达到96.3%±1.7%和72.8%±2.5%,而在不产电的ABR反应器中的去除率则分别为90.7%±1.4%、66.9%±2.4%。基于对大型溞的毒性效应显示,ABR-MFC能显著降低染料废水的毒性。同时,在一定的A07进水浓度下,微生物产电时反应器中的单位生物量略低于对照组,但反应器的脱氢酶活略高于对照组,有一定的促进作用。微生物产电过程显著改变了ABR中土著微生物的群落结构,且在产电条件下三个格室中的微生物群落结构最终趋向于一致。其中,ABR-MFC三格室中丰度较大的微生物均以假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、芽孢乳杆菌属(Sporolactobacillus sp.)和梭菌属(Clostridium sensustricto sp.)为主；而不产电的ABR第一格室中的优势菌群还包括甲烷杆菌属(Methanobacterium sp.),第三格室则存在弓形菌属(Arcobacter sp.)。综上所述,本研究通过创新性地向处理偶氮染料废水的ABR中加入电极构建耦合反应器,结合环境工程、环境微生物、电化学和生态毒理学等多种分析检测技术,发现微生物产电条件下ABR中微生物菌群结构和功能活性发生了明显变化。同时,ABR对A07的脱色、降解和脱毒作用不仅得到明显地强化,而且还实现了电能的回收。这些研究结果为实现毒害性有机废水的强化处理和能源化利用提供了重要的参考。