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煤热解废水中含有多种有毒难生物降解有机化合物,其中含氮杂环化合物（Nitrogen heterocyclic compounds,NHCs）是煤热解废水中典型的高浓度、高毒性的有机污染物,对污泥微生物的生长代谢具有明显的生物毒性抑制作用,严重影响煤热解废水生化处理单元的处理效果和稳定性。在处理高浓度有毒难降解有机化合物方面,厌氧工艺有着独特的优势。寻求高效可行的强化厌氧技术实现NHCs的有效去除,成为保证煤热解废水生化处理单元处理高效性和稳定性的必要条件。本课题以厌氧降解煤热解废水中特征污染物NHCs作为研究主线,以聚氨酯填料（Polyurethane,PU）、Fe3O4@PU（四氧化三铁负载聚氨酯）和Fe3O4@PU耦合柠檬酸钠作为厌氧系统的强化手段,探究NHCs的强化降解效能和机理,并进一步考察不同强化方法对厌氧微生物群落结构的影响,探究NHCs在降解过程中主要参与的功能菌属,为解决煤热解废水处理难题提供理论基础和技术支撑。当喹啉、吡啶和吲哚的浓度为100 mg/L时,不同厌氧装置对NHCs的降解率表现出较大的差异性。PU比粉末活性炭（Powdered activated carbon,PAC）在强化喹啉、吡啶和吲哚降解方面更具有优势。100 mg/L吡啶对厌氧微生物有较强的抑制作用,由于PU的投加,厌氧装置对吡啶的降解率为50.33%,远高于对照组中的10.99%。外加PU可以提高厌氧污泥的絮凝能力,从而为污染物的高效降解奠定坚实基础。PU上富集的Acinetobacter、Comamonas、Levilinea、Longilinea和Desulfomicrobium是降解NHCs的主要功能菌属。由于Fe3O4@PU的强化作用,喹啉浓度由101.14±1.33 mg/L降解到3.03±0.45 mg/L,吡啶浓度由101.13±1.24 mg/L降解到10.99±0.89 mg/L,吲哚浓度由100.28±1.21 mg/L降解到0.30±0.17 mg/L,对应的去除率分别为97.00%、89.13%和99.70%。初始Fe3O4@PU表面Fe元素的质量分数为14.25%,运行160 d后Fe元素含量为3.70%,说明了制备的Fe3O4@PU具有较好的使用持久性。NHCs的厌氧降解首先是氮杂环上的加氢还原反应,表现为碳氮双键变为碳氮单键,之后生成的碳氮单键断裂,随之氮杂环被打开;之后苯环上的氨基断裂,生成NH3-N释放到溶液中,造成NH3-N浓度的升高;最后是苯环的开环,导致短链烯烃的生成。反应过程中,NH3-N浓度的增加值可以间接反映NHCs的厌氧水解程度。外加Fe3O4@PU不仅提高了NHCs的氢化和甲基化的速率,还提高了氮杂环开环、苯环开环和大分子向小分子转化的速率。Fe3O4的存在可以实现电子的快速转移,避免NHCs降解过程中电子的积累。同时外加Fe3O4@PU可以进一步增强厌氧微生物对NHCs的脱毒效果。在Fe3O4@PU的作用下,厌氧装置中的优势菌属得到大量富集,且群落结构分散更为均衡,更加有利于适应条件变化,可以使厌氧系统免受微生态功能退化的影响。一定浓度的柠檬酸钠、小球藻、螺旋藻和羧甲基纤维素钠（Carboxymethyl cellulose,CMC）对喹啉和吲哚的厌氧降解具有强化作用。当共代谢基质的投加浓度从50μg/L增加到300μg/L时,喹啉和吲哚的的降解率逐渐升高。外加柠檬酸钠、小球藻、螺旋藻和CMC可以促进厌氧污泥细菌群落结构的丰富度和多样性,有利于降解喹啉和吲哚的功能菌属（Levilinea和Longilinea）的富集。在共代谢基质强化NHCs厌氧降解中,乙酸代谢是最主要的产甲烷方式,附带少量的甲酸代谢产甲烷方式。Fe3O4@PU耦合柠檬酸钠工艺对喹啉和吲哚强化厌氧降解效果显著。耦合工艺中Fe3O4@PU的投加极大的促进了Giesbergeria、Acinetobacter和Aminicenantes等功能菌属的有效富集。同时,柠檬酸钠的投加为功能菌属提供了可利用的碳源,从而有利于这些功能菌属的富集和增殖。煤热解废水中的特征污染物在功能菌属的作用下,依次发生加氢等还原反应、氮杂环裂解开环、氨基断裂、苯环裂解开环和短链烯烃生成等反应。处理模拟煤热解废水时,Fe3O4@PU耦合柠檬酸钠工艺对污染物的去除效果较好,相应的COD、总酚、喹啉、吡啶和吲哚的去除率分别为65.78%、65.22%、99.91%、85.23%和99.95%。Fe3O4@PU耦合柠檬酸钠工艺对煤热解废水中酚类物质呈现较高的去除率,同时对NHCs也表现出较好的处理效果。