全程自养脱氮（CANON）系统以其高效、经济、节能等特点在废水处理领域展现出广阔的应用前景。制药废水作为一类高氨氮工业废水,氮素的污染治理刻不容缓。然而,这类废水中残留的典型的污染物如抗生素和金属离子等对CANON系统中功能微生物影响尚不明确。因此,本文以磺胺嘧啶生产废水中典型金属离子锰(Mn²⁺)、锌(Zn²⁺)和铜(Cu²⁺)为例,研究单一金属离子和复合金属离子作用下CANON系统的脱氮效能,并通过微生物群落结构、功能微生物丰度、胞外聚合物（EPS）含量及金属离子作用点位分布特点等分析金属离子的作用机制。同时,研究了在磺胺嘧啶（sulfadiazine,SDZ）暴露条件下,CANON系统同步去除氨氮（NH₄⁺-N）和SDZ的可行性,通过微生物群落结构、关键功能基因的表达等变化分析影响机制,并探究了SDZ压力下抗药基因（antibiotic resistence genes,ARGs）的产生与表达以及SDZ降解产物的生物毒性,进而探讨CANON系统去除NH₄⁺-N和SDZ的效能以及环境影响。研究结果表明:（1）单一金属离子短期试验中,Mn²⁺,Zn²⁺和Cu²⁺的最优浓度分别为2.0,2.0和0.5 mg/L,相应地CANON系统的脱氮负荷（NRR）分别提高了54.62%,45.93%和44.09%。长期试验中,在最优浓度的Mn²⁺,Zn²⁺和Cu²⁺影响下,结果发现仅Mn²⁺可提高系统的NRR,由0.35±0.01提高至0.49±0.03 kg N/m³/d。与短期试验不同,Zn²⁺表现为抑制作用,Cu²⁺无明显作用。分子生物学结果发现,Mn²⁺可促进厌氧氨氧化菌（An AOB）的增长,而Zn²⁺主要促进了短程硝化菌（AOB）的生长。同时,Mn²⁺主要分布于An AOB胞内,而Zn²⁺和Cu²⁺主要分布于AOB中。因此,Mn²⁺,Zn²⁺和Cu²⁺主要通过两方面对CANON系统产生影响,在短期内影响功能微生物的活性,进而影响CANON系统的NRR;在长期影响过程中金属离子通过改变微生物群落结构,进而影响NRR。（2）复合金属离子长期试验中,Mn²⁺,Zn²⁺和Cu²⁺复合的最优浓度分别为1.09,0.84和0.22 mg/L,CANON系统的NRR提高了23%。最优条件下,CANON系统的功能微生物分别为Candidatus Kuenenia和Nitrosomonas。皮尔森相关系数表明,Mn²⁺,Zn²⁺和Cu²⁺复合作用下NRR与功能微生物的活性及丰度均呈正相关。（3）建立了基于一维完全混流数学模型模拟CANON系统中AOB和An AOB的生长和代谢活动,利用AQUASIM软件模型计算得出,Mn²⁺,Zn²⁺和Cu²⁺对CANON影响的半饱和浓度分别为1.09、0.84和0.22 mg/L。短期和长期的数据很好的反映了该模型的实用性,在NH₄⁺-N消耗和亚硝氮（NO₂^--N）积累的情况上表征一致,模拟和实验数据趋势吻合。说明基于基质浓度抑制建立的模型能很好的模拟Mn²⁺,Zn²⁺和Cu²⁺影响下CANON系统的运行情况,为实际工艺运行中金属离子的影响方案提供技术支撑。（4）在溶解氧（DO）为0.5～0.6 mg/L、SDZ浓度为5 mg/L的暴露条件下,CANON系统可实现总氮去除效率86.1%、SDZ去除效率95.1%的效果。比较An AOB,AOB在SDZ降解过程中起着主导性的降解作用。皮尔森相关系数给出,AOB的功能基因（amo A）和SDZ去除效率为显著正相关（p<0.01）。同时,生物毒性结果表明SDZ的降解产物对大肠杆菌E.coli K12无明显抑制。研究结果表明,CANON系统可实现同步去除NH₄⁺-N和SDZ的效果,然而抗药基因（ARGs）的产生可能会对生态环境造成一定的影响。图44幅,表37个,参考文献246篇。