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当前,饮用水安全问题受到全世界范围的广泛关注。咖啡因是应用最广泛的精神类药物,水溶性高,在水中性质稳定,因而在水环境中检出频率较高,易富集,为一类重要的新兴污染物,对饮水安全构成潜在威胁。有研究表明,咖啡因可通过微生物作用得到降解,但有关咖啡因在具体生物处理构筑物的去除效能与机制的的研究报道较少。生物活性滤池（BAF）是一种极具应用前景的饮用水深度处理技术,为明确该技术对咖啡因的去除规律与机理,本研究采用BAF小试装置,考察了EBCT、空床滤速等关键因子对BAF中咖啡因去除效果的影响规律以及咖啡因在BAF中的沿程变化规律,并分析了BAF内生物膜对咖啡因生物降解动力学和生物膜的微生物菌群结构,为进一步揭示BAF对咖啡因的去除机制提供基础。主要研究内容及结论如下:（1）采用接种挂膜的形式,完成BAF的挂膜启动（微生物富集过程）。随着启动时间的延长,BAF内生物量（ATP）逐渐提升,到第29天趋于稳定,稳定后ATP可达到66～380 ng/cm3,整体上沿滤床深度逐渐降低。挂膜启动阶段,DOC、咖啡因去除效率均呈现先下后逐渐升高至稳定的趋势,稳定后,EBCT为60 min,相应的空床滤速为0.4、0.8、1.2 m/h条件下,咖啡因与DOC的去除效率分别为68%、54%、48%及48%、40%、35%左右。（2）本研究采用具有不同滤层高度的系列BAF试验装置,使EBCT与空床滤速成为两个独立变化因素,通过单因素试验分别研究两个因素对BAF去除效能的影响。结果表明,各空床滤速条件下,EBCT对咖啡因的去除效果均具有显著影响,咖啡因的去除率随EBCT的增大而明显增加,本研究得出了不同空床滤速对应的各个EBCT变化范围内,咖啡因最高去除率（19%～74%）,这一研究结果,可为滤层高度在特定范围时（0.4 m～1.2 m）,不同选择的空床滤速下,适宜EBCT的确定提供重要依据;本试验条件下,当EBCT小于20 min时,空床滤速的变化对咖啡因去除效果的影响较小,EBCT大于20 min时,降低空床滤速可在不同程度上提高BAF对咖啡因的去除效果,EBCT越大,促进作用越明显;DOC去除率随EBCT及空床滤速的变化规律与咖啡因一致,BAF对DOC的去除率整体低于咖啡因的去除率。（3）选取几个代表性工况,研究了咖啡因、DOC去除效果在BAF中的沿程变化。结果表明:沿水流方向,咖啡因、DOC的浓度保持沿程递减的趋势,其降解主要发生在滤床厚度0-40 cm范围内,两者的去除率分别占总去除率的66%～69%、63%～73%。（4）取BAF上层生物膜,在初始浓度为10μg/L和7.5μg/L两个条件下,开展生物膜对咖啡因的降解动力学试验。分别采用一级动力学、二级动力学方程对试验数据进行拟合,结果表明,BAF内生物膜对咖啡因的降解过程更符合二级动力学方程,初始浓度为10μg/L和7.5μg/L两个条件下,其降解动力学常数k分别为7.87×10-5L/（mol?min）、1.01×10-4L/（mol?min）。（5）选择滤层厚度为1.2 m的BAF试验装置,利用宏全基因组测序技术对BAF上（0～5 cm）、中（55～60 cm）、下（115～120 cm）3层的生物膜微生物种群结构进行分析。发现BAF中真菌含量仅有1.2%,优势菌群为Proteobacteria、Acldobacteria、Bacteroldets和Planceamycetes,同时发现了已报到的具有咖啡因降解功能的假单胞菌属,在BAF各层均有分布,且底层相对丰度较大;总体上,BAF上层细菌生物量和多样性最好,中、下层生物种属相近。