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氮磷是导致水体富营养化的主要因素,研究表明当水体中磷浓度超过0.02mg.L-1或氮浓度超过0.2mg.L-1时,即可认为水体富营养化。近年来,随着水污问题染愈加严重,水质标准对污水处理厂出水中氮磷浓度要求越来越严格。抗生素作为一种高效杀菌剂为人类在医疗业和养殖业中广泛使用,由于对其产生依赖性,使得抗生素滥用现象越来越严重,多数抗生素不能被生物体吸收,随排泄物派出体外最终汇集到污水处理厂内,使其在市政污水和养殖业污水处理厂进水浓度中达到ng.L-1甚至mg.L-1级别,对脱氮除磷功能微生物造成不良影响,本课题旨在研究抗生素对强化生物除磷（Enhancing Biological Phosphorus Removal,简称EBPR）系统脱氮除磷的抑制乃至系统内功能微生物种群结构的影响,研究结果对保障污水处理厂正常运行具有极其重要的意义。本课题采用厌氧/好氧交替运行的SBR反应器,以模拟废水为研究对象,进水水质为PO43--P浓度8mg.L-1,NH4+-N 40mg.L-1,COD 400mg.L-1,研究常用抗生素药物磺胺甲恶唑（SMZ）和环丙沙星（CIP）及二者联合作用时对EBPR脱氮除磷性能的影响和长期暴露导致的微生物种群结构变化,以及这两种抗生素在EBPR系统中的归趋。通过拟合SMZ和CIP抑制作用下的比吸磷率sPUR、比释磷率sPRR、比亚硝化速率sAUR和比硝化速率sNUR,并根据各自半抑制浓度值IC50,确定SMZ、CIP及二者联合作用对聚磷菌PAOs、氨氧化菌AOB和硝化菌NOB的抑制效应,同时研究不同浓度抗生素对活性污泥性能指标和胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）组分构成的变化。本实验共分为三个阶段,第一阶段共110天,研究不同浓度SMZ对EBPR系统脱氮除磷性能的影响,SMZ采用1、2、5、10、20、50mg.L-1共6个浓度梯度。结果表明,低浓度SMZ(1、2mg.L-1)对系统脱氮除磷和COD去除性能几乎无影响,之后随着SMZ浓度逐渐升高,系统各工况除磷率依次降为89%、81.9%、76.4%、66.18%,氨氮去除率依次降为94.3%、90.6%、87%、83%;通过计算各工况典型周期内最大sPUR、sPRR、sAUR和sNUR可得PAOs吸磷阶段的IC50值为45.84mg.L-1,释磷阶段IC50值大于50mg.L-1,根据拟合曲线方程计算约为81.2mg.L-1,说明SMZ对好氧吸磷的抑制大于厌氧释磷。AOB的IC50值为28.86mg.L-1,由此可知,PAOs对SMZ耐受能力强于AOB,NOB无法确定,但要强于PAOs。SMZ在EBPR系统中的降解长期暴露实验中周期最大降解量为1.26mg.L-1,短期冲击中周期最大去除量为2.36mg.L-1,SMZ的降解主要发生在好氧阶段,与微生物活性相关性较大。第二阶段共107天,研究不同浓度CIP对EBPR系统脱氮除磷性能的影响,CIP采用0.5、1、1.5、2mg.L-1共4个浓度梯度。结果表明,随着CIP浓度逐渐升高,系统各工况除磷率依次降为80%、68.1%、55%和49.19%,氨氮去除率依次降为86.31%、76.9%、67%、57.4%;通过计算各工况典型周期内最大sPUR、sPRR、sAUR和sNUR,可得PAOs释磷阶段IC50值为1.93mg.L-1,吸磷阶段IC50值为1.50mg.L-1,AOB的IC50值为1.17mg.L-1,由于AOB活性受到强烈抑制,导致NO2--N供给不足,使硝化速率受到影响,因而NOB的IC50值并不精确。由此可知,PAOs对CIP耐受能力最强,AOB耐受能力最差,NOB因客观条件改变无法估计。CIP在EBPR系统中的降解与微生物活性紧密相关,长期暴露实验中周期最大降解量为0.15mg.L-1,短期冲击中周期最大去除量为0.41mg.L-1,周期内去除较为均匀。第三阶段共111天,分别取第一、第二阶段PAOs比吸磷速率IC50值的一半和整个IC50值,研究SMZ和CIP联合作用时对EBPR系统脱氮除磷性能的影响。结果表明,两种工况下除磷率为54.2%和42.5%,氨氮去除率为56.1%、44.8%;典型周期内最大sPUR经拟合曲线计算对应CIP浓度值为1.68mg.L-1和2.17mg.L-1,对应SMZ浓度值为50.2mg.L-1和65mg.L-1,sAUR对应的CIP浓度值为1.61mg.L-1和2.04mg.L-1,对应的SMZ浓度值为42.22mg.L-1和55.08mg.L-1。SMZ和CIP联合作用时对EBPR系统的影响远大于SMZ单独作用,也在一定程度上大于CIP单独作用,二者联合作用时表现出明显的协同性。通过对系统活性污泥性能与EPS构成和组分占比研究发现,EPS构成中TB-EPS浓度及其构成组分占比与活性污泥性能有极大相关性。随着SMZ和CIP浓度的增加,活性污泥微生物活性及菌群总量逐渐减小,污泥活化性变差,SV与SVI值双双下降,SV均值由26%降至12%,SVI由80mL.g-1降至38mL.g-1,TB-EPS浓度由85.77mg.（gVSS）-1降至45.33mg.（gVSS）-1。在TB-EPS组分构成中,DNA浓度与活性污泥活性呈正比,SMZ长期暴露实验中,f值均值由0.82降至0.73,DNA浓度由2.54 mg.（gVSS）-1降至1.92mg.（gVSS）-1;在CIP长期暴露实验中,f值由0.82降至0.70,DNA浓度由2.62mg.（gVSS）-1降至1.51 mg.（gVSS）-1;PN与PS浓度及其占比与污泥外观表现出较大相关性,SMZ长期暴露实验中,活性污泥逐步呈颗粒化倾向,PN占比由44.1%升至56.55%,PS由52.4%降至39%。在CIP长期暴露实验中,活性污泥颗粒化现象更加明显,PN占比更高,由46%升至67%,PS则由50.5%降至29%。通过对反应器投加SMZ之前和经过长期暴露实验后的活性污泥进行高通量测序发现,经过SMZ长期暴露实验后,EBPR系统OUT总数和微生物多样性双双下降,且长期暴露于SMZ环境下菌群结构发生变迁,在属水平上体现尤为明显,原优势菌属绿弯菌属（Chloroflexus）几近消失,之前未占优势的动胶菌属（Zoogloea）成为新的优势菌属。脱氮除磷相关功能微生物中,硝化螺旋菌属（Nitrospira）、Dechloromonas均大幅下降,陶厄氏菌属（Thauera）降幅较小,亚硝化菌（Nitrosomonas）基本保持不变,仅Candidatus Nitrotoga出现小幅增加。聚磷菌（Candidatus Accumulibacter）丰度出现一定上升,聚糖菌Candidatus competibacter和Defluviicoccus也大幅下降,PAOs对SMZ耐受性要强于GAOs和脱氮类菌属。