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低阶煤热解技术可将储量丰富的劣质煤分级分质转化为高附加值的煤基固、液、气产品,但此过程中产生的煤热解废水是一类难降解的高毒性废水,废水近零排放成为煤热解工业可持续发展的瓶颈。煤热解废水的环状化合物是导致降解性能差、生物毒性高,并制约废水近零排放的关键要素。本课题从降低生物毒性的角度出发,并基于工业产物原位利用的考量,研究了褐煤活性焦（Lignite activated coke,LAC）、纳米Fe3O4负载活性焦（Nano-Fe3O4@LAC）对于强化微氧环境微生物降解煤热解废水中的环状化合物的性能与机制。针对煤热解废水中的典型环状化合物,研究了它们的单组分毒性、联合毒性,揭示了煤热解废水中环状化合物的毒性作用模式。煤热解废水中酚类是主要的急性毒性来源,容易活化并通过快速提升细胞氧化应激造成不可逆损伤。氮杂环化合物（Nitrogen heterocyclic compounds,NHCs）和多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）表现可逆的基线毒性。煤热解废水中环状化合物多以麻醉性化合物为主,多元酚是主要的反应性毒性物质,酚类、NHCs和PAHs混合体系的联合毒性先由疏水性物质的基线毒性主导,后主要表现酚类的不可逆急性毒性,联合毒性随时间延长逐渐加强。探究了活性焦对于煤热解废水中的环状化合物的吸附性能与减毒机制。LAC对废水中环状化合物的吸附性最佳,化学需氧量（Chemical oxygen demand,COD）、总酚（Total phenols,Tph）48 h去除率分别为39.07%、44.06%。相比于微孔较多的活性炭（Activated carbon,AC）,介孔、含氧官能团较多的LAC能够选择性吸附甲基酚、NHCs等有毒难降解有机物,而nano-Fe3O4@LAC由于介孔、正电优势对大分子PAHs、电负性NHCs有更强的选择性吸附。活性焦材料可去除废水中的酚类及羟基活化的有机物,降低反应性毒性,并选择性吸附稠环NHCs、PAHs,减轻废水初始联合毒性。另外,活性焦材料吸附位点易于生物原位再生,能够与微生物耦合实现弹性吸附。试验研究了LAC强化微氧生物降解环状化合物性能与机制。由于酚的急性毒性,酚浓度对微氧生物降解环状化合物有显著影响,微氧环境（1.0～2.0 mg/L）污泥体系耐受阈值最低（200 mg/L）,NHCs、PAHs协同抑制酚类的降解。微氧环境DO为0.3～0.5 mg/L的条件下LAC吸附可显著降低酚的毒性压力,高酚负荷下提升水力停留时间（Hydraulic retention time,HRT）也能改善降解性能。HRT=48 h、Tph=500 mg/L时微氧LAC强化体系降解性能最佳,毒性削减87.65%,可生化性（BOD5/COD,B/C）维持于0.24。LAC通过吸附减毒作用促进了污泥生物量增长,絮体凝聚性、稳定性增强。微氧环境DO为1.0～2.0 mg/L的条件下酚类等有毒物质破坏了活性污泥微生物群落,严重降低物种多样性,使微生物高度集中于Thauera（49.90%）、Zoogloea（6.40%）、Pseudoxanthomonas（5.67%）等酚耐受性较强的菌属。LAC通过选择性吸附去除了废水中部分有毒、难降解有机物,使强化体系微生物多样性更高、分布更均匀,以Alicycliphilus（19.05%）、Acidovorax（7.13%）等兼性厌氧菌为主,并富集了独特的Ignavibacterium（3.07%）等电活性菌,加强了微生物群落的种间协作。LAC吸附对环状化合物的直接去除为20～30%,微生物降解是强化体系的核心,酚类降解以邻苯二酚间位开环方式为主。为强化异化生物铁还原（Dissimilatory iron reducing,DIR）过程,试验继续探究了nano-Fe3O4@LAC强化微氧生物降解环状化合物性能与机制。酚浓度、活性焦投量和HRT对LAC、nano-Fe3O4@LAC强化体系COD、Tph去除率影响较小,但nano-Fe3O4@LAC能够更显著地削减废水毒性和改善可生化性,2 g/L的nano-Fe3O4@LAC强化体系出水对四膜虫无毒,可生化性达到0.55,与其对NHCs的降解优势相关,这对于优化难降解废水的生化处理过程具有重要意义。Nano-Fe3O4@LAC增强了污泥的活性、强度和稳定性。同时,nano-Fe3O4@LAC促进了氧化降解环状化合物的Alicycliphilus在悬浮污泥的分布,并且载体上的生物膜富集了厌氧发酵菌属Syntrophorhabdus,以及电活性菌属Geobacter、Ignavibacterium,它们的互营代谢促进nano-Fe3O4@LAC表面吸附的难降解环状化合物开环,并释放小分子酸进入悬浮污泥,提升废水整体的可生化性。Fe3O4富集的电活性菌通过铁氧化还原加速DIR过程,并驱动环状化合物的开环反应。宏基因组学分析表明活性污泥微生物仍以兼性厌氧菌为主,Alicycliphilus属细菌为微生物群落的核心微生物,通过邻苯二酚1,2-双加氧酶、邻苯二酚2,3-双加氧酶主导了苯环裂解过程。Comamonas testosteroni是环状化合物降解过程中参与途径最多的物种,能够参与苯环的厌氧、好氧开环反应,同时主导了氮杂环裂解的微生物群,并主要以厌氧途径裂解氮杂环。电活性生物膜和悬浮污泥富集的Ignavibacterium属可通过DIR过程在生物膜、悬浮污泥之间传递电子,促进悬浮污泥的开环反应。因此,nano-Fe3O4@LAC通过促进DIR过程间接增强了悬浮污泥微生物对环状化合物的降解性能。