我国城市污水处理设施的建设数量和规模逐年增加,剩余污泥伴随污水处理产生,其产量也日益增加,如何高效处理剩余污泥已成为一个紧迫的环境问题。微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)阳极室内剩余污泥可以被电极上附着的产电菌利用,底物中的生物质能被转化为电能,从而同步实现污泥降解和产电。为强化MFC的阳极产电和阳极污泥降解,本文在2-溴乙基磺酸盐、槐糖脂和溶菌酶中优选阳极底物添加剂,并探讨其添加量对MFC性能的影响,从电化学性能、有机物去除、阳极微生物群落结构及宏基因组等方面考察各阳极底物添加剂对MFC系统性能的强化作用。在研究不同类型阳极底物添加剂对系统的影响时,以剩余污泥作为阳极底物,分别向阳极室内投加50 mmol/L的2-溴乙基磺酸盐、0.1 g/g TS的槐糖脂和0.1 g/g TS的溶菌酶,同时设置空白对照和葡萄糖对照。结果表明,在产电性能方面,添加2-溴乙基磺酸盐后,启动时间为15 d,最高全电池电压为0.80 V,启动时间比空白组缩短了42.3%,全电池电压提高了23.1%。添加槐糖脂和溶菌酶仅能缩短启动时间,无法增强系统产电。在有机物去除方面,槐糖脂和溶菌酶可以提高TCOD的去除率,其中添加溶菌酶TCOD的去除率最高,为78.6%。2-溴乙基磺酸盐的添加对TCOD去除率无明显影响,但库仑效率最高,为0.26%。添加2-溴乙基磺酸盐可以一定程度上调节系统阳极污泥的p H和电导率,使阳极环境更适宜微生物的生长,有助于阳极的产电过程。综合各添加剂的对产电和有机物降解的影响,2-溴乙基磺酸盐和溶菌酶的效果较好。在研究阳极底物添加剂的投加量对系统性能的影响时,选择2-溴乙基磺酸盐和溶菌酶作为研究对象,2-溴乙基磺酸盐添加量为150和250 mmol/L,溶菌酶添加量为0.3和0.5 g/g TS。结果表明,2-溴乙基磺酸盐添加量为250 mmol/L时,系统全电池电压最高,为0.70 V,比空白对照组(0.65V)略有增高。2-溴乙基磺酸盐投加量为150 mmol/L时,系统运行期间全电池电压与空白对照组相比无明显变化,但具有最低的系统内阻(118Ω)和最高的最大功率密度(3.35 W/m3)。阳极底物添加剂为溶菌酶时,未能增强系统产电,且系统内阻升高。添加量增加时TCOD的去除率也增加,溶菌酶添加量为0.5 g/g TS时,TCOD去除率为79.1%。添加BES对TCOD的去除无明显作用。微生物学机制分析表明,添加2-溴乙基磺酸盐对阳极生物膜微生物群落结构有一定程度的影响。阳极生物膜丰度最高的微生物是与产电相关的变形菌门,有利于阳极产电。其余如绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门等菌群的丰度均略有增加,可以促进阳极的有机物降解和产电。添加溶菌酶对阳极微生物群落结构影响较大,厚壁菌门为阳极生物膜中优势菌群。且2-溴乙基磺酸盐抑制了阳极微生物的产甲烷作用。在功能基因水平上,添加BES后,增加了膜运输相关基因的丰度,丰度为12.39%,高于空白对照组。与膜运输相关的转运蛋白、ABC转运蛋白的基因丰度增加,说明细胞膜上的代谢较为旺盛,而产电菌向阳极传递电子需要通过细胞膜进行,由此说明,添加BES强化了阳极产电过程。此外与信号转导相关的双组分系统的基因丰度(1.73%)也略有增加,双组分系统是微生物响应环境变化的主要信号转导途径,对阳极产电有很大影响。添加溶菌酶后编码甲基接受趋化受体蛋白的丰度增加,为0.25%,它是信号转导系统中的一种重要蛋白。本研究结果表明,向阳极污泥中添加一定量的2-溴乙基磺酸盐可以增强MFC的产电能力,添加一定量的溶菌酶可以增强阳极污泥的降解。该方法为强化剩余污泥MFC产电提供了新的思路和方法。