四环素(TC)由于具有造价低、广谱抗菌等诸多特点,在医药、农业和畜牧业中被大量使用,其环境残留所引发的污染问题也受到大量关注。由于四环素的分子结构特点,单一的微生物或光催化处理措施在实际水处理过程中效果不佳。充分利用微生物和光催化处理技术的优势,构建新型的四环素降解耦合技术并阐明其降解机制,是提高污水四环素降解效率的关键。本论文针对目前相关技术在废水四环素处理过程中的降解效率低、条件要求高等限制因素,制备了由上转换磷光粉驱动的复合材料(UCPs-TiO2),研究了周丛生物与复合材料对四环素耦合降解机制,并成功构建了基于复合材料与周丛生物的光生物反应器,实现了对污水中四环素的稳定、高效去除。主要研究结果如下:(1)制备了由上转换材料驱动的光催化复合材料(UCPs-TiO2),明确了周丛生物联合UCPs-TiO2对TC的去除机制。通过制备基底为Y2SiO5掺有Pr3+,Li+的上转换荧光粉(UCPs)来改性光催化剂TiO2,成功制备出光催化复合材料UCPs-TiO2,进一步的性能测试表明该材料在可见光下显示出良好的光催化性能。进一步将UCPs-TiO2与广泛用于废水处理的周丛生物结合,构建了 UCPs-TiO2与周丛生物对TC的耦合去除体系。在可见光条件下,周丛生物与UCPs-TiO2耦合体系对TC的去除率达到82.1%,比仅在周丛生物处理的去除率高35.2%,表明与UCPs-TiO2耦合能够大幅提高微生物处理措施对TC的降解效果。周丛生物的细胞外聚合物质(EPS)在耦合系统中TC的光催化降解中起着重要作用,低浓度EPS(10mg/L)可以通过充当电子传递介质来促进UCPs-TiO2产生羟基自由基,从而加速TC的光催化过程,显著提高了 TC的去除率(p<0.05)。然而,高浓度的EPS(80 mg/L)会通过消耗自由基来降低TC的去除率。(2)从生物学角度揭示了周丛生物在耦合体系去除四环素过程中对胁迫的响应机制。周丛生物能够通过分泌EPS抵御TC胁迫,但在耦合体系中周丛生物EPS含量显著降低,主要是由于UCPs-TiO2在可见光下产生的自由基会消耗EPS中蛋白质。周丛生物在TC-UCPs-TiO2复合作用下能够保持较好的生理活性,通过增强自身光合活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性水平响应TC和UCPs-TiO2的暴露。在TC-UCPs-TiO2中,周丛生物为了适应环境,其群落结构也发生调整,形成的新的群落其对TC-UCPs-TiO2胁迫的适应能力更强。不仅如此,TC-UCPs-TiO2中周丛生物的抗性基因表达水平较低,表明其能在有效在降低水体中四环素含量的同时抑制抗性基因的表达,减少抗性基因转移的风险。因此,在与UCPs-TiO2耦合去除TC过程中,周丛生物通过其生理生态水平的响应,能够较好的适应胁迫,维持耦合体系的稳定、持续运行。(3)构建Biofilm-UCPs-TiO2光生物反应器,研究该反应器对含TC污水的净化效果。光生物反应器能显著降低水体中的TC含量,水力停留时间(HRT)和TC初始浓度对反应器的去除效率具有显著影响,随着HRT的增加其去除效率也在升高,当HRT增加为12小时时其去除效率达到85.86±2.12%(TC初始浓度5ppm)并维持稳定,而随着TC浓度的升高反应器的去除效率降低,其适合处理TC浓度较低(<10ppm)的污水。优化后Biofilm-UCPs-TiO2的光生物反应器在去除TC的同时能够同步去除氮、磷和COD等多种污染,尤其对废水中的磷有很好的去除效果。周丛生物在反应器中的四环素抗性基因表达程度不高,有利于控制抗生素抗性基因(ARG)水平转移引起的环境风险。群落分析表明光生物反应器中周丛生物群落组成发生显著变化,并证明了反应器中的周丛生物群落结构由UCPs-TiO2和TC共同影响。这项研究不仅提供了一种利用周丛生物与上转换光催化材料耦合高效去除废水中四环素的新方法,也进一步阐明了微生物聚集体与光催化过程的耦合机制,为实现废水中四环素高效、绿色、低成本的降解提供了新的思路,同时也为微生物-光催化技术在环境领域的发展和应用提供了理论支撑。