污水、污泥等废弃物在厌氧处理过程中，释放出含有CH4的废气。自然界中广泛存在亚硝酸盐或硫酸盐作为氧化剂的甲烷厌氧氧化作用。工业废水（化学工业废水、制药废水等）等往往含有大量的亚硝酸盐和硫酸盐，可以作为氧化剂氧化甲烷。甲烷氧化-亚硝酸盐/硫酸盐还原反应的实质是电子转移，通过外加电压输入能量，可以辅助电子转移。本研究构建甲烷厌氧氧化生物体系和电辅助-甲烷厌氧氧化生物体系，解析微生物群落和演替特征，研究物质转化和反应途径，以期实现甲烷与含硫和含氮恶臭物质的协同去除。主要研究结果如下：

      （1）构建甲烷氧化-亚硝酸盐/硫酸盐还原生物体系（MNS），电辅助-生物体系（E-MNS）。各生物体系对甲烷均有较好的去除效果，最大转化率分别为0.68mg/d（MNS）和4.18mg/d（E-MNS）。电子受体种类和浓度、电压影响甲烷的转化速率和转化量。当亚硝酸盐浓度为1500mg/L，硫酸盐浓度为2500mg/L，温度为30℃，pH值为7时，MNS体系甲烷减少率最高，为16.56%。电压为1.6V，温度为30℃，pH值为7时，E-MNS体系甲烷氧化效果最佳，为45.6%。电辅助促进电子传递，甲烷转化速率提高了近5倍，转化量提高57mg。

      （2）采用分子生物学方法解析各个生物体系微生物群落结构，不同体系功能菌种类存在差异。MNS体系中Diaphorobacter, Hyphomicrobium, Thermomonas, Paracoccus完成反硝化；Desulfosporosinus, Desulfobulbus, Desulfomicrobium, Desulfotomaculum, Desulfuromonas完成硫酸盐还原；甲烷氧化由甲烷氧化细菌（Methylocaldum, Methylocystis）和甲烷氧化古菌（Methanosarcina, Methanococcoides, Methanomicrobia）共同完成。E-MNS体系中，除了MNS体系检出的Hyphomicrobium, Thermomonas，Desulfosporosinus, Desulfomicrobium, Desulfotomaculum, Methylocaldum, Methylocystis，Methanosarcina, Methanococcoides, Methanomicrobia功能菌以外，电活性古菌Methanobacterium完成甲烷氧化，反硝化与硫酸盐还原过程分别由电活性细菌 Dechloromonas和Desulfovibrio, Desulfobulbus, Desulfuromonas完成。随着反应时间延长，功能菌的丰度增加。

       （3）对于MNS体系，接近25%的甲烷转化为二氧化碳，溶解于液相中的总有机碳（TOC）和总无机碳（IC）分别为6.28%和66.27%。其余转移到固相或被微生物利用。11.53%的硫酸盐转化为H2S，12.21%转化为S2-溶于水中。大部分硫酸盐（接近75%）转化为硫单质或被微生物利用。大于75%的亚硝酸盐转化为氮气，大约为24%转移到固相或被微生物利用，极少部分（＜1%）转化为氧化亚氮。E-MNS体系中，甲烷和亚硝酸盐转化比例与MNS体系类似，硫酸盐更多的转化为硫单质或被微生物利用。

      （4）MNS体系中，甲烷氧化、亚硝酸盐反硝化和硫酸盐还原的过程为：甲烷氧化细菌Methylocaldum，Methylocystis和甲烷氧化古菌Methanosarcina，Methanococcoides和Methanomicrobia共同将甲烷氧化为二氧化碳，中间产物为甲醇和其他溶解性有机物；硫酸盐还原菌Desulfosporosinus, Desulfovibrio, Desulfobulbus, Desulfotomaculum, Desulfomicrobium, Desulfuromonas和亚硝酸盐还原菌Diaphorobacter, Achromobacter, Thermomonas利用甲烷氧化过程释放的能量和电子，分别将硫酸盐和亚硝酸盐还原，硫酸盐的还原产物为S2-和硫单质，亚硝酸盐反硝化的产物为氮气和氧化亚氮。E-MNS体系中，甲烷转化、亚硝酸盐和硫酸盐还原过程与MNS体系类似，除了MNS体系中检出的功能菌以外，电活性反硝化菌Dechloromonas，电活性硫酸盐还原菌Desulfovibrio, Desulfobulbus, Desulfuromonas，以及电活性甲烷氧化菌Methanobacterium参与并促进甲烷氧化、反硝化和硫酸盐还原过程。