煤炭是我国的主体能源,社会的发展和经济的转型敦促着煤炭行业创新发展、减少污染,以低阶煤热解分质利用为代表的新型煤化工技术促进了煤炭清洁化、低碳化利用。然而煤热解废水中污染物质组分复杂,处理难度大,新型煤化工行业严苛的废水“近零排放”标准要求煤热解废水得到处理和回用。基于煤热解废水生物预处理出水COD/N较低且有机物为难降解的酚类、氮杂环类物质,传统的反硝化工艺对废水中硝态氮的去除效果较差的情况,本论文立足于废水中的硝态氮的处理,开展了电化学强化生物反硝化工艺对煤热解废水中硝态氮的去除应用基础研究。研究中利用外电压电解强化微生物对煤热解废水中的硝态氮进行了去除,将铁阳极引入外电压电解强化微生物反硝化过程中并研究了铁阳极的影响,构建了铁碳微电解与微生物耦合工艺,揭示出电化学强化的混合营养型反硝化对低COD/N的煤热解废水中硝态氮去除的促进作用。开展外电压电解强化微生物对煤热解废水中硝态氮的去除研究试验时发现,在进水电导率为3.0 m S/cm、p H为7.5以及外加电压为0.9 V时,废水中的COD和TN去除率分别为95.30±2.25%和94.93±2.00%,比对照组分别高6.7%和15.15%,外加电压继续增加为1.1 V,反硝化生成的亚硝态氮会被阳极再氧化,TN去除率下降为88.29±3.28%。适宜外电压的存在使装置中形成了较高的阳极电位和较低的阴极电位,废水中的电活性微生物以阳极为电子受体降解有机物,自养型反硝化菌以阴极为电子供体还原硝态氮。废水中氮元素的去除路径分析表明,实验组装置中的N2O浓度比对照组高758.37 ppm,说明外电压作用下部分硝态氮还原为N2O而非N2。在外电压的作用下,污泥中微生物胞外聚合物（EPS）中蛋白质的含量增加,在电极上形成包裹膜,增大了微生物与电极的接触面积。反硝化过程中关键酶的丰度表明,外电压作用下,细菌分泌的周质异化硝酸盐还原酶（Nap A）增加,促进了硝态氮的还原,氧化亚氮还原酶（Nos Z）活性的下降和碳源的不足使N2O的还原受阻。通过对微生物群落结构的分析,发现了酚降解菌Zoogloea、电活性微生物Pseudomonas以及自养反硝化菌Arenimonas对提高废水中TN的去除效果有着重要的作用。为进一步促进废水中硝态氮的还原,将铁阳极引入外电压电解强化微生物装置中提供额外电子供体,构建了铁阳极电场强化微生物装置提高硝态氮的去除效果。试验结果表明,在较低的外加电压下,铁阳极生成的Fe2+能够富集硝酸盐还原型二价铁氧化菌（NRFOB）提高废水中硝态氮的去除效果。此时废水中硝态氮主要被膜结合异化硝酸盐还原酶（Nar）还原,Nar和Nap A分别通过接受来自泛醌和细胞色素的电子还原硝态氮,硝态氮被Nar而不是Nap A还原,说明在铁阳极和0.5 V外电压的影响下,电活性反硝化菌对硝态氮的还原贡献率可能小于NRFOB。试验装置中的NRFOB主要为Acidovorax、Bradyrhizobium和Azospira,相对丰度分别为1.30%、2.74%和10.64%,电活性自养反硝化菌的相对丰度小于0.1%。并且由于Fe2+额外电子供体的加入,氧化氮还原酶（Nor B）和Nos Z的活性增加,降低了N2O的生成量。Fe2+的氧化产物α-Fe OOH富集了Geobacter,这种铁还原菌可以将氧化有机物得到的电子用以还原Fe3+,NRFOB和铁还原菌促进的Fe循环对废水中有机物和硝态氮的协同去除有着积极的影响。为简化运行工艺,减小电能消耗,利于碳中和目标的实现,开展了铁碳微电解耦合微生物工艺处理煤热解废水的效能研究,提出废水中硝态氮的去除策略。试验得出,在铁碳材料投加量为100 g/L（填充率为7%）,进水的p H为6.5～7.0时,环境温度为25℃时,废水中COD和TN的去除率分别达到了93.08±1.74%和89.54±2.20%。富集的反硝化菌包括Thauera、Thermomonas和Hyphomicrobium,相对丰度分别为38.67%、4.52%和3.36%,富集的NRFOB包括Acidovorax（6.02%）和Thiobacillus（4.43%）。NRFOB利用铁碳材料腐蚀产生的Fe2+还原硝态氮,这种铁营养型反硝化提高了煤热解废水中TN的去除率。铁碳材料与微生物的结合使零价铁与硝态氮发生化学反应生成的氨氮浓度降低了约18.57 mg/L。煤热解废水中特征污染物对反硝化菌和NRFOB的抑制作用为苯酚<间苯二酚<4-甲基-苯酚<邻苯二酚<对硝基酚,在铁碳材料影响下,苯酚、间苯二酚、4-甲基-苯酚、邻苯二酚以及对硝基酚的降解速率分别为0.1833 h-1、0.1318 h-1、0.1918 h-1、0.1694 h-1以及0.0583 h-1,较单独生物反硝化的降解速率均有提升,其中对硝基酚的降解速率显著提高。Fe2+促进了污泥EPS中色氨酸的生成,增强了EPS的吸附架桥作用,污泥中形成的菌胶团为反硝化菌和NRFOB构建了缺氧微环境,促进对硝态氮的还原。微生物网络分析表明,污泥中微生物之间形成的“小世界”如酚降解类细菌δ-Proteobacteria纲和氮元素去除类细菌Phycisphaerae纲之间的相互作用,铁还原菌Geothrix与反硝化菌Flavobacterium之间的相互作用,对煤热解废水中有机物和TN的去除有着重要的作用。