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近几年,人们开始关注微量污染物质—药品和个人护理用品（PPCPs）对环境、生物和人类健康的影响,并发展成全球热点问题。目前国外已有研究表明,部分PPCPs对人类及其他生物具有生殖、神经等毒理学效应或具有致癌可能性。我国作为世界上最大的药品和个人护理用品的生产和使用国,控制水源水中典型PPCPs显得尤为重要。但一方面,PPCPs大多来源于日常生活,因此城市污水处理厂是其主要来源,而以去除有机物及营养物质为目的的传统污水处理工艺不能完全将其去除,造成受纳水体及剩余污泥接收地的污染,进而影响城市水厂水源水和地下水水质;另一方面,常规混凝、沉淀、过滤给水处理工艺对相当一部分物质没有明显的去除效果。虽然以臭氧为主的高级氧化技术及膜分离技术可以有效地去除水中PPCPs,但其因为诸多原因无法实际应用于给水处理中。从而,PPCPs一旦进入水源水必将严重威胁饮用水安全。因此,最为安全、有效的策略是通过对水源水的处理将PPCPs尽量消除在给水处理工艺的源头,使其不进入后续给水处理系统。国内外针对PPCPs的研究大多数集中于对水体中PPCPs成分和含量的测定分析上。而关于如何行之有效地控制水源水中PPCPs特别是在源头上对其进行控制,使其不进入后续的处理系统以及可以实际应用于给水处理中的工艺的研究相对较少。本课题针对曝气生物滤池（BAF）的独特优点以及微生物之所以不能有效地去除PPCPs中部分物质的原因在于接触反应时间不足和未经驯化,从而利用滤料和生物膜的吸附截留作用,使饮用水源中微量的PPCPs被截留于曝气生物滤池中,使得饮用水源中PPCPs与生物膜有足够的接触反应时间,同时借以经驯化后的生物膜的生物氧化作用使得饮用水源中微量的PPCPs得到有效降解,这便在给水处理的源头上降低了PPCPs对人类可能造成的威胁。本课题通过选择具有代表性和典型性的PPCPs即卡马西平和苯扎贝特作为处理对象,选用两种不同滤料作对比,研究了曝气生物滤池在不同的运行条件下对典型PPCPs的去除特性以及宏观去除机理,并在稳定运行的BAF中分别筛选出了一株卡马西平和苯扎贝特高效降解菌,同时研究了两种高效降解菌的生理生化特性和降解机理,进一步揭示了典型PPCPs的微观降解机理。通过上述的研究,证实BAF不仅可以在源头上有效地消除及降低饮用水中PPCPs的潜在危害,提高饮用水安全性,而且可以为实际的工程应用提供可靠的科学依据,具有重要的现实意义。同时,由于卡马西平和苯扎贝特的可生化性存在较大差异,获得的结论更具有应用性。通过研究,获得以下主要结论与成果:1.通过分析比较BAF在不同运行条件下对微污染水源水中典型PPCPs去除特性,得出以下结论:（1）在水力负荷为0.3 m3/m2.h,对应流量为2.4L/h,对应的水力停留时间为2.7h,温度15.2℃～16.5℃,气水比为1.5:1,原水中卡马西平和苯扎贝特的浓度分别为78.5μg/L和83.9μg/L的条件下,陶粒床层对卡马西平和苯扎贝特的最大吸附去除率分别为7.8%和10.8%,高效纤维球床层对卡马西平和苯扎贝特的最大吸附去除率分别为6.1%和7.5%。两种滤料对水中典型的PPCPs有一定的吸附作用,但吸附效果不显著,主要原因在于典型PPCPs的辛醇水分配系数较小以及其表面官能团与滤料表面官能团的相似性。（2）在DO充足的情况下,在一定范围内,随着水力负荷的升高,曝气生物滤池对典型PPCPs的去除率呈下降趋势。陶粒BAF对典型PPCPs的去除率均高于高效纤维球BAF。当水力负荷较大时,曝气生物滤池对卡马西平的去除作用主要为滤料和生物膜的吸附截留作用以及生物絮凝作用,生物的氧化作用不明显,但对苯扎贝特的去除主要是微生物的生物氧化作用。造成上述差异的原因在于卡马西平和苯扎贝特的可生化性上的差异,卡马西平较难被生物氧化,需要较长的接触反应时间。（3）气水比是影响BAF处理性能的主要影响因素之一。随着气水比的升高,典型PPCPs的去除率有所升高。当气水比为1:1及以上时,去除率变化不大,但当气水比降到0.5:1,典型PPCPs的去除率急剧下降,气水比的选择应使出水DO在3mg/L及以上为宜。当气水比较高时,陶粒BAF对典型PPCPs的去除率要高于高效纤维球BAF,而当气水比较低时,高效纤维球BAF对典型PPCPs的去除率却高于陶粒BAF,这是因为当气水比过低时,水中DO成为反应的限制因子.高效纤维球BAF的传质效果较好,因此其水中DO相对较高,去除效果较好。（4）在最佳运行条件下,即水力负荷为0.2 m3/m2.h,气水比为1.5:1,水温为20℃时,进水pH为弱碱性时,陶粒BAF对卡马西平和苯扎贝特的平均降解率分别为47%和63.8%,高效纤维球BAF对卡马西平和苯扎贝特的平均降解率分别为43.98%和59.34%。陶粒BAF对典型PPCPs的去除效果要优于高效纤维球BAF,其原因在于两种滤料物理化学性质的差异。当以去除水中难降解有机物为目的时,不易选择轻质滤料。（5）在氧气充足的条件下,当卡马西平和苯扎贝特在原水中共存时,微生物优先选择降解苯扎贝特,且苯扎贝特的存在影响卡马西平的降解率,出现上述现象的原因在于苯扎贝特和卡马西平可生化性的较大差异。此时,从卡马西平的降解率来看,其被去除的主要作用是滤料和生物膜的吸附截留作用以及生物絮凝作用,生物氧化作用不明显。（6）卡马西平和苯扎贝特的去除作用主要发生在曝气生物滤池进水端以后的40cm范围内,在这段填料层内,反应器对典型PPCPs的平均去除率占总去除率的70%以上。2.经上述研究的基础上,从稳定运行的的BAF中筛选出降解典型PPCPs的高效降解菌:（1）筛选出的卡马西平降解菌株为恶臭假单胞菌种,命名为（Pseudomonas putida.）X-6,其对卡马西平最佳降解条件为:在初始pH值为7.3左右,温度为30℃,振荡速率为160r/min,250mL锥形瓶的装液量为100mL的条件下,菌株接种量为0.6%（w/v）,卡马西平初始浓度为20mg/L。在此条件下,经过3d后,卡马西平降解率达到45.52%。X-6菌株对卡马西平的降解作用主要是通过生物的氧化作用使卡马西平发生解体,卡马西平的可能降解途径为首先通过生物的氧化作用,将CBZ氧化成CBZ-EP（10,11-dihydro-10,11-epoxy-Carbama-zepine）、CBZ-EP经过水解作用转化为CBZ-DiOH（10,11-dihydro-1011-dihydroxy-carbamazepine）,CBZ-DiOH经丙酮酸氧化脱羧及在NADH2还原性辅基的作用下,裂解成单苯环物质,再经三羧酸循环直至最终矿化。其中降解产物含有CBZ-EP,CBZ-DiOH,这两种物质在含有卡马西平的城市污水处理过程也曾被检出。（2）筛选出的苯扎贝特降解菌株为变形假单胞菌种,命名为（Pseudomonas plecoglossicida.）B-3,其对苯扎贝特最佳降解条件为:在初始pH值为6.8～7.6,温度为30～35℃,摇床震荡速率为160r/min,250mL锥形瓶的装液量为100mL的条件下,菌株接种量为0.5%（w/v）,苯扎贝特初始浓度为20mg/L。在此条件下,经过2.5d后,苯扎贝特降解率达到59.81%。B-3菌株对苯扎贝特的降解先通过水解作用使其发生断链,降解成乙酸、乙酸乙酯等小分子有机物,再通过进一步的氧化作用,直至最终矿化。