奶牛场废水中含有高浓度的有机物、大量人畜共患病原微生物及抗生素抗性基因。人畜共患的病原微生物会引起一系列疾病,例如口蹄疫、腹泻等。抗生素抗性基因作为一种新兴环境污染物,对动物及人体健康都存在潜在的危害。奶牛场废水直接排放可能会引起严重的生物安全性问题。奶牛场废水常用厌氧消化法处理,该方法可以将易生物降解的有机物转化为清洁能源甲烷,但对木质纤维素等有机物降解效果不好,且对抗生素抗性基因的影响十分复杂。另外,光催化法作为一种绿色高效的方法,可以利用活性氧物质攻击废水中的污染物,但光催化法对奶牛场废水生物安全性的影响尚不明确,而且光催化材料在使用后很难与水溶液分离。针对以上问题,本论文首先研究了超声、臭氧及超声联合臭氧预处理（超声/臭氧预处理）对奶牛场废水中病原指示微生物和抗生素抗性基因的影响,以及对后续厌氧消化过程的影响。另外,还研究了基于TiO2的漂浮性材料和基于g-C3N4的漂浮性材料在光催化条件下对奶牛场废水中病原指示微生物的灭活影响。1.研究了超声预处理、臭氧预处理及超声/臭氧预处理对奶牛场废水中病原指示微生物和抗生素抗性基因、以及对后续厌氧消化过程的影响。结果显示,三种预处理均可以减少奶牛场废水中大肠菌群和肠球菌的含量,尤其是超声/臭氧预处理,在该预处理进行30分钟后,大肠菌群和肠球菌总数分别减少了99%和92%。预处理不能降低抗生素抗性基因的绝对浓度,但可以降低抗生素抗性基因的相对丰度。与空白对照组相比,超声预处理对后续厌氧消化过程中的甲烷产量的影响不大,但臭氧和超声/臭氧预处理均可以提升甲烷的产量,提升量可达10%以上。预处理-厌氧消化法明显抑制了抗生素抗性基因的富集。这项研究表明超声/臭氧预处理能提高厌氧消化过程中甲烷的产量,并且还可以抑制抗生素抗性基因的富集。2.将TiO2负载在乙烯-醋酸乙烯上得到基于TiO2的漂浮性材料。研究了基于TiO2的漂浮性材料光催化灭活奶牛场废水中的病原微生物。实验结果表明,该漂浮性材料对病原指示微生物的吸附能力较差,但具有较好的光催化性能。在800m W/cm~2（UV254）条件下,4小时内,向体系中添加1 g/L基于TiO2的漂浮性材料（TiO2净含量）可灭活超过4个数量级的病原指示微生物量。材料浓度、光照强度以及体系中有机物浓度均会影响该材料光催化灭活病原指示微生物的效率。将该漂浮性材料用于实际奶牛场废水时,其光催化灭活病原指示微生物的效率下降。该漂浮性材料光催化灭活病原指示微生物的主要机理是:其吸收光子产生羟基自由基和超氧自由基,攻击细胞使细胞死亡。过程中,羟基自由基和超氧自由基贡献相当。这项研究表明,用基于TiO2的漂浮性材料作为光敏剂的光催化法可灭活病原指示微生物,从而降低奶牛场废水的生物风险,也解决了光催化材料难以与水溶液分离的难题。3.将g-C3N4负载在乙烯-醋酸乙烯上得基于g-C3N4的漂浮性材料。研究了基于g-C3N4的漂浮性材料光催化灭活奶牛场废水中的病原微生物。实验结果表明,该漂浮性材料对病原指示微生物几乎没有吸附能力,但具有较好的光催化性能。基于g-C3N4的漂浮性材料光催化灭活病原指示微生物的效率会受到材料浓度、光照强度以及体系中有机物浓度的影响。将该材料用于实际奶牛场废水时,其光催化灭活病原指示微生物的效率下降。该漂浮性材料光催化灭活病原指示微生物的主要机理是:光催化条件下产生羟基自由基、超氧自由基和单线态氧等活性氧物质,攻击病原指示微生物使其死亡。过程中,作出主要贡献的活性氧物质是超氧自由基,其次是单线态氧,贡献最小的是羟基自由基。该项研究表明,基于g-C3N4的漂浮性材料的光催化法可以降低奶牛场废水的生物风险,并且可以有效利用可见光,也解决了光催化材料难以与水溶液分离的难题。