抗生素被广泛用于人类生活和生产的各个领域,水环境中残留的大量未被利用的抗生素对自然环境及生态系统造成了严重的破坏。传统生物处理工艺降解抗生素能力有限,生物电化学工艺对提升活性污泥系统有机物的去除率有积极影响,外加铁源活性污泥法中铁离子参与微生物的代谢过程,可提高活性污泥系统的除氮效果。本文采用外加铁源耦合生物电化学工艺有效的解决了活性污泥系统难降解有机物去除率低、脱氮效果差的处理现状。本研究分别设计了 SBBR、Fe-SBBR、BES、Fe-BES四种生物处理工艺,探究了不同生物处理工艺主要工艺参数变化对生物体系内污染物降解效果的影响及微生物的群落结构变化,得出以下结论。1.填料挂膜完成后四种工艺的氨氮和COD降解效果均良好,投加铁离子的反应器内有新的微生物形态出现:“多球体聚合状”。抗生素环境驯化末期头孢他啶浓度提升至1 mg/L,Fe-SBBR和Fe-BES工艺相比SBBR和BES工艺氨氮去除率分别提高了 9.66%和9.25%,总氮去除率分别提高14.52%和11.41%;BES和Fe-BES工艺对头孢他啶降解的去除率分别比SBBR和Fe-SBBR高19.59%和17.64%。初步证明Fe-BES工艺具有同步降解水体内氨氮及头孢他啶的能力。2.Fe-SBBR和Fe-BES工艺的最佳铁离子投加量均为5 mg/L,BES工艺在电压为2.5 V时对污染物的降解性能最佳,Fe-BES工艺在2V时即达到最佳污染物降解效果。Fe-BES工艺处于最优条件时的氨氮去除率高达92.34%,总氮去除率为88.48%,头孢他啶降解率为84.29%,达到了同步高效降解水中氨氮及抗生素的效果。Fe-BES工艺适用于处理含有单一或多种抗生素的生活污水,处理效果明显优于其他单一处理工艺。3.亚铁离子对脱氮过程的促进作用主要有两方面原因:一方面是因为亚铁离子同时参与了硝化和反硝化作用,投加的亚铁离子可以作为电子供体将体系内硝酸盐氮还原为氮气,生成的三价铁又可以作为电子受体与反应器内的氨氮发生氧化还原反应将氨氮转化为亚硝态氮;另一方面是因为铁离子是微生物生长的必需元素,铁离子可有效改善控制硝化过程三种关键酶的活性。4.填料挂膜完成后微生物群落结构发生显著变化,铁离子的投加对生物体系的微生物多样性无显著影响,Fe-SBBR和SBBR工艺的优势菌均为拟杆菌、变形菌和放线菌,反应体系对污染物降解效果的差异是由于优势菌的数量和活性差异造成的。5.Fe-BES和BES工艺的微生物群落结构组成基本一致,当亚铁离子投加量为5 mg/L时,Fe-BES的微生物群落组成分布均匀,拟杆菌、放线菌、变形菌、Patescibacteria和绿湾菌等多种数量相当的微生物协同作用,达到最佳的污染物降解效果。此外,通过对不同工艺的微生物Beta多样性分析了解到相比外加电场,亚铁离子对微生物的群落结构影响更大。