厌氧消化作为一种生物化学反应的复杂过程,通过将剩余污泥水解酸化转化为沼气。由于厌氧消化具有多种优势,许多研究已经开始寻求优化污泥厌氧消化的方法,例如共消化或添加化学物质等。研究表明,纳米颗粒在促进厌氧消化过程中有重要作用。本文研究了纳米四氧化三铁（Fe₃O₄ NPs）对污泥厌氧消化的影响,考察了不同浓度的Fe₃O₄ NPs对剩余污泥在厌氧消化过程中的各项指标,例如蛋白质、多糖、挥发性脂肪酸（VFAs）等有机物的降解及其降解产物,产气量以及产气组分,酶和微生物的影响,研究了厌氧消化动力学模型,并尝试用电化学方法探究厌氧消化过程,从而为改善剩余污泥厌氧消化产气过程提供理论依据。研究结果表明:（1）不同浓度的Fe₃O₄ NPs对剩余污泥厌氧消化产气性能影响不同。结果表明200mg/L Fe₃O₄ NPs实验组累积产气量最高,达到809 N mL g^-1 VS。随着Fe₃O₄ NPs浓度的升高,当浓度达到600mg/L时抑制厌氧消化产气。通过进一步对气体组分分析发现,200mg/L Fe₃O₄ NPs实验组CH₄含量最高,达到90%以上,而600mg/L Fe₃O₄ NPs实验组CH₄含量仅占20%,抑制CH₄的产生。（2）通过Logistic模型,改进的Gompertz模型以及BPK三种模型进行厌氧消化产气数据拟合。结果表明BPK模型不适用于模拟厌氧消化产气变化。对于Logistic模型和改进的Gompertz模型,Fe₃O₄ NPs对厌氧消化产气量的影响符合厌氧消化产气规律,拟合效果最佳为改进的Gompertz模型,R²达到0.99。（3）不同浓度的Fe₃O₄ NPs对厌氧消化中有机物影响不同。结果表明,200mg/L Fe₃O₄ NPs实验组蛋白质和多糖的降解率最高,TCOD降解率最高达到94.9%,有利于有机物的降解。随着Fe₃O₄ NPs浓度的升高,有机物的降解受到抑制作用,TCOD降解率降低至90.9%。对于VFAs,200mg/L Fe₃O₄ NPs实验组乙酸浓度高达693mg/L,当Fe₃O₄ NPs浓度达到600mg/L时,抑制乙酸的生成,并低于空白组14.1%,破坏体系中酸碱平衡,使氨氮浓度高达779 mg/L,pH高达8.1,抑制产甲烷菌活性和CH₄的生成。（4）不同浓度的Fe₃O₄ NPs对厌氧消化中酶和微生物的影响不同。Fe₃O₄ NPs的加入有利于提高蛋白酶活性,200mg/L Fe₃O₄ NPs实验组蛋白酶活性最高,为空白组的3.8倍。对于脱氢酶、乙酸激酶,200mg/L Fe₃O₄ NPs实验组酶活性最高,随着Fe₃O₄ NPs浓度升高,酶的活性下降。相反由于铁离子参与辅酶f₄₂₀的生成,使辅酶f₄₂₀在Fe₃O₄ NPs浓度为600mg/L时达到最高1.8Umol/g VSS。厌氧消化不同阶段细菌和古菌的变化不同,通过高通量测序可知,200mg/L Fe₃O₄NPs实验组Longilinea和Ornatilinea丰度较高,分别为8.8%和4.1%,并有利于产甲烷菌Methanothrix的生成,使Methanothrix丰度高达69%,促进乙酸分解产CH₄。而600mg/L Fe₃O₄ NPs实验组Methanothrix丰度最低,抑制产甲烷菌的生长繁殖。（5）本研究尝试用电化学方法探究厌氧消化过程。结果表明,与石墨电极相比,修饰的Fe₃O₄ NPs电极产生的电量最高,为0.022mC,Fe₃O₄ NPs的加入有利于提高电极的电化学活性。酶电极电化学结果显示,在蛋白质和乙酸电解液下,200mg/L Fe₃O₄ NPs实验组酶电极产生的电量最高,分别为0.004mC和0.007mC。随着Fe₃O₄ NPs浓度升高,酶电极产生的电量逐渐降低。对于微生物电极,200mg/L Fe₃O₄ NPs实验组产生的电量最高,而空白组微生物电极产生的电量在后期升高,并高于600mg/L Fe₃O₄ NPs实验组。综上所述,与化学测试方法变化一致,电化学方法可以更快速准确的反映厌氧消化中酶和微生物的变化。