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厨余垃圾生物处理是资源化利用的重要途径。微生物作为生物处理的主体,在厨余垃圾生物处理过程中发挥着重要作用,但目前仍存在着对实际厌氧和好氧处理系统中微生物群落演替认识不清的问题。厌氧消化是厨余垃圾生物处理的主流技术,其处理时因接种污泥等引入新污染物如塑化剂和抗生素,对系统高效稳定运行的影响及抗生素抗性基因（ARGs）传播带来的潜在隐患值得引起关注。针对这些问题,本论文以厨余垃圾生物处理为研究对象,采用荧光定量PCR（q PCR）和高通量测序等方法,分析微生物群落演替和ARGs变化,解析实际规模化厨余垃圾生物处理系统中微生物群落演替和ARGs变化规律。结合实验室构建厌氧生物反应器,通过分析甲烷产量、微生物群落、代谢功能和ARGs变化,揭示塑化剂和抗生素影响厌氧消化产气性能和ARGs传播的作用机制。通过添加分散效果好、具有强化修复性能的铁基（零价铁、氧化铁和磁铁矿）纳米颗粒,研究其对厌氧消化产气性能强化和ARGs消减机理。本论文的主要结论如下:1.揭示了厨余垃圾规模化生物处理系统中微生物群落演替和ARGs变化规律。q PCR结果显示,厌氧消化系统中细菌和古菌拷贝数较高,分别达到（0.65～6.37）×10~6和（1.18～4.88）×10~6 copies/ng DNA;好氧发酵系统中细菌和真菌拷贝数较高,分别达到（0.88～1.32）×10~6和（0.22～3.72）×10~6 copies/ng DNA。代谢功能分析可知,好氧发酵系统中DNA复制蛋白等代谢功能较弱,说明微生物代谢活动在好氧发酵系统中相对较低。厌氧消化系统中甲烷代谢和翻译蛋白功能显著高于好氧发酵系统,表明甲烷产生潜力较大。冗余分析显示,初始样品中优势菌属Lactobacillus对脂质代谢影响较大,对初始样品酸化贡献较大;好氧发酵系统中Aspergillus等对碳水化合物代谢等功能贡献较大;厌氧消化系统中优势属Methanosaeta等对甲烷代谢等影响较大。ARGs分析表明,总ARGs相对丰度在厌氧消化和好氧发酵过程中分别被富集了66.88±87.34和27.23±24.30倍,说明厨余垃圾生物处理过程促进了ARGs的传播,且厌氧消化过程促进效果较强,推测可能与厌氧消化启动阶段高ARGs含量厌氧污泥的引入有关。2.构建并运行实验室厌氧反应器,研究了塑化剂影响厌氧消化性能和ARGs传播的作用机理。结果表明,双酚A和邻苯二甲酸酯二辛酯添加均抑制甲烷产生,且随着浓度增加其抑制作用增强。理化性质分析表明,塑化剂抑制水解过程,降低微生物对有机物的代谢效率。同时,塑化剂添加促进挥发性脂肪酸（VFAs）富集,降低VFAs的消耗速率。在产甲烷高峰期,塑化剂抑制总产甲烷古菌,尤其是优势属Methanosarcina的生长。宏基因组分析显示,塑化剂抑制产甲烷古菌和互营细菌之间的电子传递效率与关键有机物代谢,进而抑制甲烷代谢。此外,塑化剂促进大环内酯类,以及抗生素靶点改变、靶点保护和靶点替换机制ARGs的传播。3.研究了抗生素影响厌氧消化性能和ARGs传播的作用机理。结果表明,除5 mg/L红霉素外,四环素、磺胺甲恶唑和红霉素添加均抑制甲烷产生,延长产甲烷迟滞期。相关分析表明,抗生素抑制有机物的水解过程。微生物群落和宏转录组分析显示,抗生素抑制产乙酸菌Proteiniphilum的繁殖,下调与甲烷产生相关有机物和能量代谢的表达。同时,抗生素干扰甲烷代谢关键辅酶的生物合成活性,进而抑制甲烷代谢活性。相比之下,四环素和磺胺甲恶唑对甲烷产量,以及甲烷代谢和Methanosarcina活性的抑制作用强于红霉素。此外,抗生素促进厌氧消化过程ARGs的传播。方差分解分析表明,细菌群落和整合子对ARGs的传播贡献较大。潜在机理分析表明,DNA损伤、细胞损伤和接合水平转移是抗生素促进ARGs传播的主要因素。4.基于以上研究,通过添加三种铁基纳米颗粒,探究了铁基纳米颗粒对厌氧性能提升和新污染物控制的微生物机理。结果显示,铁基纳米颗粒通过促进有机物水解、加速VFAs消耗和缓解系统酸化,进而提升甲烷产生效率。微生物群落分析显示,铁基纳米颗粒促进了Proteiniphilum、Caldatribacterium和Lactobacillus的生长,提高了优势产甲烷古菌属Methanosaeta和Methanosarcina的总丰度。宏基因组分析表明,铁基纳米颗粒均促进了电子传递过程,促进有机物代谢和甲烷代谢。通过对比可知,零价铁纳米颗粒表现出最优的产甲烷促进效果。q PCR和宏基因组分析表明,铁基纳米颗粒抑制厌氧消化过程ARGs的传播。方差分解分析显示,细菌群落演替对ARGs的传播贡献最大。冗余和零模型分析进一步表明,环境生态过程中确定性因素对细菌群落演替影响较大,其中,Firmicutes中的Fastidiosipila是细菌群落演替的核心微生物,受铁基纳米颗粒抑制作用较大,证实优势潜在ARGs宿主Fastidiosipila的抑制是铁基纳米颗粒消减ARGs传播的主要原因。这与铁基纳米颗粒抑制细菌群体感应,降低细菌间ARGs的转移潜力有关。此外,零价铁和氧化铁两种纳米颗粒促进厌氧消化过程双酚A的降解,而磁铁矿纳米颗粒无明显效果。铁基纳米颗粒虽然不能提高磺胺甲恶唑的降解率,但却加快了降解进程。综上,本研究揭示了规模化生物处理过程微生物群落和ARGs赋存特征,解析了塑化剂和抗生素赋存对厌氧消化产气性能和ARGs传播的消极影响,证实了铁基纳米颗粒强化产气性能和消减ARGs传播的优越性。该研究结论为规模化厨余垃圾运行过程中生物转化效率提升、厌氧消化过程中新污染物赋存的潜在风险以及污染控制提供理论依据和参考策略。