剩余污泥是传统污水处理过程中不可避免的副产物,其产量的快速增长制约了我国污水处理行业的可持续发展。厌氧消化是污泥减量化、资源化和稳定化处理的重要技术手段,但其应用受到了底物转化效率低、过程稳定性差等不利因素的限制。近年来通过添加碳基材料强化厌氧消化的现象受到了众多学者的关注,其中活性炭和生物炭等生物质炭材料因原料来源广泛、成本低廉等特点而受到关注。相关强化策略的发展为污泥厌氧消化技术升级提供了机会,但添加生物质炭材料的污泥厌氧消化过程在影响效果、强化机制、特别是对应的关键材料特性等方面需要进一步明确。本研究以蓝藻生物质制备的生物炭和商业购买的活性炭为代表,考察添加不同生物质炭材料对污泥厌氧消化过程的影响效果;通过影响效果的比较解析蓝藻生物炭强化污泥厌氧消化过程的关键材料特性;通过分析生物质炭材料介导的微生物群落组成、代谢功能和电子传递功能特征的变化规律,解析生物质炭材料对厌氧消化过程的强化机制;最后基于生物炭改性技术构建添加功能型生物炭的厌氧消化强化策略。本文主要研究内容如下:（1）解析了活性炭在室温（16-24 oC）、中温（35 oC）和高温（55 oC）条件下对污泥厌氧消化的影响机制。添加活性炭后,虽然未预处理污泥的厌氧消化甲烷产量在不同温度条件下分别下降了6.5%-36.9%,但热碱预处理污泥的厌氧消化产甲烷过程延滞期显著地缩短了19.3%-30.6%（p＜0.05）,且甲烷减产率降低至5.9%-8.1%。机制分析发现虽然活性炭由于非选择性吸附多糖、蛋白质等大分子有机底物而造成甲烷减产,但这种抑制作用可通过预处理和提高厌氧消化温度来缓解,同时活性炭对预处理污泥起到的脱毒净化作用能够显著缩短产甲烷延滞期,提高产甲烷效率。研究成果有利于全面理解活性炭对污泥厌氧消化的影响机制,为规避生物质炭材料存在的负面影响提供了依据。（2）考虑到生物炭强化效果与厌氧消化运行条件等外在影响因素间的作用机制尚不清楚,研究中以厌氧消化污泥为接种物考察了蓝藻生物炭在不同接种比条件下对剩余污泥厌氧消化过程的影响。结果表明,在低的接种比条件下（4%和1%,v/v）添加蓝藻生物炭（10 g/L）能够强化污泥厌氧消化过程,而在高的接种比条件下（10%,v/v）下厌氧消化强化并不明显。分析表明,在较低的接种比下,厌氧消化产甲烷过程得到强化不是由于接种比条件改变了体系有机负荷进而影响蓝藻生物炭效果,而是由于添加蓝藻生物炭在低接种比条件下更有利于互营功能微生物（如Methanosarcina）的富集生长,特定功能微生物的选择性富集有利于建立更为高效的微生物种间互营关系,最终强化厌氧消化过程。互营功能微生物的富集是决定生物炭强化效果的先决条件。（3）通过比较蓝藻生物炭和活性炭对厌氧消化过程的影响机制确定了生物质炭材料强化剩余污泥厌氧消化的关键特性。研究发现蓝藻生物炭能够强化污泥厌氧消化过程:产甲烷延滞期缩短38.2%,最大产甲烷速率提升16.6%,甲烷产量提高7.6%。添加活性炭由于吸附特性占主导而对污泥厌氧消化甲烷产量表现为抑制作用。蓝藻生物炭吸附特性在强化污泥厌氧消化过程中并不占主导,且蓝藻生物炭强化厌氧消化产甲烷过程不是来源于其p H缓冲特性,而是由于氧化还原特性。定量结果表明,蓝藻生物炭的酚羟基类和酯酮类官能团含量分别是活性炭的4.8倍和2.3倍,更高的表面官能团含量强化了蓝藻生物炭氧化还原特性,特别是供电子能力。生物炭的氧化还原特性是强化污泥厌氧消化过程的主导因素。（4）基于关键特性的识别结果,研究继续以蓝藻生物炭为基础解析了过氧化氢改性和硝酸改性生物炭对厌氧消化的影响机制。结果表明,过氧化氢改性生物炭组的甲烷产率为197.8±4.4 m L/g COD,较空白组提高了58.7%;并且与改性前相比,过氧化氢改性生物炭进一步强化了厌氧消化过程。添加硝酸改性生物炭后,厌氧消化过程完全停止。过氧化氢改性生物炭上的酚羟基类和酯酮类官能团分别较改性前增加了1.2倍和5.1倍,供电子能力提高了64.9%,其氧化还原特性得到显著强化,进而有利于促进厌氧消化过程。硝酸改性促进了厌氧消化过程中抑制性化合物生成和释放,抑制了微生物活性;同时硝酸改性提高了生物炭表面硝基/亚硝基等含氮基团以及羧基等酸性基团的含量,对厌氧消化体系的p H稳定造成冲击,最终抑制了厌氧消化过程。（5）进一步解析了氮/硫掺杂和醌基负载改性改性蓝藻生物炭对厌氧消化产甲烷过程的影响机制。研究发现硫掺杂生物炭相较于改性前促进了甲烷增产12.6%,产甲烷延滞期缩短57.9%。硫掺杂改性过程促进了蓝藻生物炭供电子能力显著地提高85.7%,同时添加硫掺杂生物炭能够促进体系中与硫转化有关的功能微生物富集,最终通过强化种间互营关系等方式强化厌氧消化过程。氮掺杂生物炭相较于改性前未能明显缩短产甲烷延滞期（p＞0.05）,反而造成甲烷减产7.7%。氮掺杂改性过程不能增强蓝藻生物炭的氧化还原特性,反而会由于改性过程的副反应等对微生物代谢活性产生负面影响。添加醌基改性生物炭完全抑制了厌氧消化过程,其原因来源于改性过程中涉及的强酸处理阶段。本研究明确了生物质炭材料强化剩余污泥厌氧消化的先决条件,解析了生物质炭材料对剩余污泥厌氧消化的主要影响机制,同时阐明了生物质炭材料强化厌氧消化对应的关键材料特性,最后解析了生物炭对不同改性过程的响应特征并提出了一种基于改性生物炭的厌氧消化定向强化策略。研究结果有利于进一步理解添加了生物质炭材料的剩余污泥厌氧消化过程中物理、化学和微生物生态学机理,为利用生物质炭材料推动有机固体废弃物厌氧消化处理处置工艺的升级发展提供理论依据和技术支持。