抗生素制药废水具有含硫含氮并伴随一定浓度的抗生素等水质特征。传统生物脱硫脱氮技术对废水中的抗生素的处理效能较低,会严重威胁环境生态和人体健康。因此,亟需开发一种高效的废水脱氮脱硫及同步去除抗生素的生物处理技术。微藻因具有较高耐受性、通过光合作用高效产氧、高效去除水中氮磷及利用二氧化碳合成碳中性燃料的能力,被众多学者认为是一种具有应用潜力的生物废水处理技术。微藻可以通过原位产氧减少了高浓度硫化物对功能微生物的毒性,并解决了抗生素去除效能低等问题,从而实现废水脱硫脱氮及同步去除抗生素。本论文探讨了微藻处理系统对制药废水中含硫含氮污染物和典型抗生素的去除效能,揭示了微藻脱硫和抗生素降解的转化途径和机制,构建了藻-菌共生系统用于强化废水同步脱硫脱氮及抗生素的去除效能,阐明了藻-菌之间的互作机制,为藻菌系统处理技术在制药废水处理中应用提供了理论支撑。首先,探究了微藻处理系统对废水中硫化物和硝酸盐的去除效能,及脱硫脱氮过程中对微藻生长代谢的影响。发现100 mg L-1的硫化物可被微藻完全氧化去除,并生成硫代硫酸盐和硫酸盐,生成的硫酸盐随后可被微藻同化利用。在50 mg L-1的低硝酸盐浓度条件下,硫化物显著抑制了微藻的生长。同时,微藻生长趋势和胞内元素分析结果表明,硫化物对微藻同化氮的效能无抑制作用,而对同化硫的效能有显著抑制作用。通过分析微藻脱硫过程胞内与硫代谢相关的中间代谢产物,发现在低硝酸盐条件下硫化物显著抑制了胞内半胱氨酸和蛋氨酸合成,并诱导了谷胱甘肽的表达。此外,微藻在脱硫的过程中可以同时固定废水中的无机碳,并转化为生物质能源。分析相关生物质能源的中间代谢产物发现,硫化物最大可提升6.70%的胞内碳水化合物的含量;微藻在脱硫过程中最高的脂质及碳水化合物的产率分别为43.35和312.54 mg L-1d-1。其次,探究了微藻处理系统对废水中典型抗生素环丙沙星（CIP）和磺胺嘧啶（SDZ）的去除效能。微藻处理系统对CIP和SDZ的最大去除率分别为100%和54.53%。同时,碳水化合物产率高于1000 mg L-1d-1,二氧化碳固定速率最高可达2500-2600 mg L-1 d-1。研究发现生物降解和光解是微藻处理系统去除CIP和SDZ的主要机制。其中,CIP和SDZ的生物降解占比分别为65.05%和17.05%。进一步发现微藻吸附CIP的效能是SDZ的10倍。通过激光共聚焦拉曼显微镜和Zeta电位检测,发现带正电荷的CIP（10.20 m V）比带负电荷的SDZ（-2.55m V）更易于被微藻生物吸附。微藻胞外聚合物（EPS）中的蛋白质和多糖提供了更多的结合位点用于吸附CIP,导致CIP更易进入到微藻胞内被生物降解。此外,通过分析中间降解产物揭示了CIP和SDZ的光解和生物降解的途径及机制。计算并评估了所有的降解中间产物的毒性,发现CIP和SDZ通过微藻处理系统生成的中间降解产物均不会对环境和水生物健康产生危害。最后,构建小球藻Chlorella sorokiniana 24和异养硫氧化反硝化菌Pseudomonas sp.C27的藻-菌共生系统用于提高对废水脱硫脱氮的效能。在藻-菌共生系统中,硫化物和硝酸盐的最高去除速率分别为0.11和0.19 mmol L-1 h-1。硫化物和硝酸盐的最大去除率分别比纯藻体系高4.91倍和30.27倍。揭示了藻-菌共生系统在脱硫脱氮过程中的互作机制:硫化物对藻-菌共生系统中的Chlorella sorokiniana 24的毒害作用减少了45%并显著降低了对其光合效率的抑制作用;硫化物对藻-菌共生系统中Pseudomonas sp.C27的毒害作用减少了36%并且降低了其氧化应激效应。构建了Chlorella sorokiniana 24和颗粒污泥的藻-菌共生系统。与颗粒污泥相比,藻-菌共生系统中硫化物去除速率提高了30%-50%;硝酸盐去除速率提高了21.71%-25.44%;废水中典型抗生素CIP和SDZ的最大去除速率分别提高了20%和28.57%。此外,藻-菌共生系统中的单质硫的回收率比颗粒污泥提高了11.18%-14.44%;同时,N2O的排放降低87.15%-77.68%。本研究证明了微藻处理系统实现废水脱硫脱氮及同步去除抗生素的可行性,并为绿色低碳的废水处理技术的研发提供了新的思路。