抗生素在人类生活和养殖业生产中的广泛使用导致自然环境越来越多的抗生素残留,这已经引起了社会各界的关注。无论是广谱还是窄谱抗生素,都有较强的杀菌性,且在环境中的抗生素浓度低,对于传统污水生物处理系统来说去除难度较大,因此环境中抗生素的去除一直是环境领域研究的热门问题。好氧颗粒污泥一种微生物自我固定的生物处理技术,由于其独特的球形结构,高生物量和对有机负荷和有毒物质的耐冲击能力,在难降解废水处理领域中占有重要地位。本论文在四个几何结构完全相同的序批式间歇反应器(SBR,R0-R3)中进行好氧颗粒污泥的培养,其中R1-R3的进水中投加不同环境相关浓度(分别为10、100、和1000 ppb)的磺胺嘧啶,探究其对好氧颗粒污泥形成过程和形成后的物化特性、反应器性能、微生物群落、抗性基因等方面的影响;通过设计一系列降解批实验探究磺胺嘧啶在好氧颗粒污泥系统中的降解过程和机制。主要结论如下:(1)污泥物化特性:不同环境相关浓度磺胺嘧啶对污泥的颗粒化进程没有抑制作用,反而在浓度最高的反应器中出现的颗粒污泥粒径更大、生物浓度更高。同时,颗粒污泥的沉降性能、污泥强度和比重随着磺胺嘧啶浓度的增加也呈现出增加的趋势。与对照组相比,磺胺嘧啶的存在导致反应器中胞外聚合物浓度明显增加,并且磺胺嘧啶浓度越高,增幅越大。(2)反应器性能:磺胺嘧啶的投加在短时间内影响好氧颗粒污泥系统的COD和氨氮处理效率。然而这种影响短暂地存在一段时间后,污泥的处理性能逐渐恢复,在投加40天后恢复到正常水平(去除率均在90%以上)。在反应器运行第60天之后R1-R3反应器的磺胺嘧啶去除率均达到90%以上。由此可以推测,在长期的环境相关浓度磺胺嘧啶选择压下,好氧颗粒污泥内的微生物能够逐渐适应驯化。(3)基因层面:两种磺胺类抗性基因Sul-1和Sul-2的实时荧光定量核酸扩增结果表明更高浓度的磺胺嘧啶会导致微生物DNA中更多的抗性基因富集。同时16S rRNA焦磷酸测序分析可以看出磺胺嘧啶的投加降低了好氧颗粒污泥微生物群落的多样性,对细菌进行了筛选,富集了固氮弧菌等一些特定的细菌。通过PICRUSt进行了功能基因预测分析,发现磺胺嘧啶能改变微生物DNA中特定功能基因的丰度,如转运蛋白、ABC转运蛋白和分泌系统等,这可以帮助微生物改变代谢功能以适应抗生素压力环境。(4)磺胺嘧啶的降解过程:通过不同条件下的批实验证实了磺胺嘧啶在好氧颗粒污泥系统中的降解主要发生在硝化反应和好氧条件下COD降解的过程中,和磺胺嘧啶降解过程有密切联系的细菌主要是NH4+氧化菌、NO2-氧化菌以及好氧异养菌。