光合微生物在光照条件下将光能转化为化学能并产生光合电子,通过光合呼吸链实现转移,合成ATP,促进细胞代谢,因此,利用光合微生物同步去除污染物和回收生物量用于获取高附加值产品被认为是最具应用前景的污水深度处理与资源化技术之一。将光合微生物应用于电化学系统,通过施加偏电势,调控细胞代谢,形成电活性生物膜,提高电子胞内到胞外的转递效率,增强污染物的去除。本研究通过电化学手段、生物膜原位观察手段、三维荧光和紫外分光等光学技术手段,探究由沼泽红假单胞菌和小球藻所构成的光合电活性生物膜（以下称藻菌光合生物膜）在最适电势下实现高效率去除甲硝唑（MNZ）的机理。另外,引入纳米材料,探究纳米材料在藻菌光合生物膜去除MNZ过程中所起到的作用,为开发基于光合电活性生物膜的含抗生素废水强化处理与资源化技术提供理论依据。本研究构建了三电极体系,分析不同工作电势（-0.3V、0V、0.2V）下藻菌共存的生物膜光合电子提取能力和MNZ去除效率。结果表明:在施加偏电势为0 V和0.2 V时,40小时内提取的最大光合电子流强度分别达0.44 m A和0.12 m A,而-0.3 V在108小时达到最大电流（0.13 m A）。相对于开路对照,MNZ降解速率分别增大了33倍（0 V）26倍（0.2 V）和18倍（-0.3 V）。0 V电势条件下,藻菌光合生物膜的代谢活性最高。与沼泽红假单胞菌纯培养相比,小球藻与沼泽红假单胞菌共培养的光合电子提取量增大十倍以上,MNZ降解速率是纯培养的21倍,说明藻菌共培养在去除MNZ上有更大优势。进一步分析胞外聚合物（EPS）发现,光合电子胞外提取显著促进了EPS的积累,相比于开路条件,在偏电势为0V时,EPS的多糖、蛋白质和腐殖酸三者的含量分别增加了28、14.1和22.59 mg·g-1细胞干重。0V有利于水中MNZ通过EPS吸附及其引发的光敏降解去除。考察了0 V电势下碳纳米管（CNT）、纳米二氧化钛（Ti O2 NPs）和纳米氧化铁（Fe3O4 NPs）三种纳米材及在水体环境浓度（74μg/L、185μg/L、370μg/L）浓度对生物膜的影响。环境中纳米材料处于低浓度74μg/L时,仅Fe3O4 NPs增强生物膜的电活性,胞外光合电子流强度相比于对照增大了42.7%,但对MNZ降解无显著影响。当纳米材料浓度增大到185μg/L时,相对于对照,投加CNT、Ti O2 NPs、Fe3O4 NPs分别导致光合电活性生物膜的胞外光合电子流强度增长了42.7%、37.7%、138%;同时,加速了MNZ的降解,其降解速率分别是对照的11%、33%、30%。这些数据说明在该浓度下纳米材料能有效增强了光合电子从微生物到胞外电子受体的转移,显著促进光电活性生物膜对MNZ的降解。当纳米材料浓度进一步增大到370μg/L,Ti O2 NPs和Fe3O4 NPs导致了光电活性生物膜胞外光合电流的强度下降,但MNZ降解速率仍保持上升的趋势,而经CNT处理的光电活性生物膜的胞外光合电流强度继续上升,相比于对照增加了115%,但MNZ降解速率有所回落。通过胞外聚合物分析及激光共聚焦的观察,较低浓度的CNT能促进生物膜生长,但超过某个阈值后对生物膜毒害性增强;无论纳米材料浓度高低,Ti O2 NPs均表现出抑制生物膜生长,Fe3O4 NPs总体表现为对光电活性生物膜生长有刺激作用。