酚类物质是一种典型的环境污染物,在工业废水中广泛存在。利用物理、化学、生物法去除酚类污染物已经得到了广泛的研究,然而利用多种过程的耦合强化去除性能的研究较为少见。本论文首先研究了移动床生物膜反应器(MBBR)受到模拟酸性苯酚废水的冲击过程(pH从7.5降低到3.0,再回升到7.5),并测定了苯酚和COD去除率。在pH冲击阶段,苯酚和COD的去除率先降低后逐渐提高到90%以上。生物膜的显微学表征研究发现,酸性pH冲击阶段的表层生物膜主要由真菌(酵母菌)组成。微生物群落的生物信息学分析也表明该阶段的微生物群落组成与其他阶段有显著差异。厚壁菌门和子囊菌门分别是这一阶段的优势细菌菌门和真菌菌门。基于16S rRNA基因的功能注释分析结果表明与芳香族化合物降解相关的编码基因存在于全部阶段,进而证实了MBBR具有处理pH冲击的酚类废水的可行性。随后,为了进一步增强酚类污染物的去除性能,本研究通过在MBBR中富集锰氧化菌来建立微生物/生物锰氧化物组合体系。经过90天的运行后,添加到模拟苯酚废水中的Mn(II)可以在微生物的作用下原位氧化为锰氧化物。然后,将对氯酚加入到反应器进水当中模拟两种酚类组成的混合废水。与不加Mn(II)的MBBR(R1)相比,含Mn(II)的MBBR(R2)在148天的运行中表现出更强的苯酚和对氯酚去除性能,并有效耐受了苯酚和对氯酚的浓度以及水力停留时间(HRT)的波动。此外,本研究还基于16S扩增子测序技术对微生物群落进行了生物信息学分析,变形菌门在全部阶段中细菌群落中所占的比例均超过了50%,并在R2的特定阶段中鉴定出几种可能的锰氧化菌(Pseudomonas,Cupriavidus,Spirosoma)。另一方面,批次实验的结果表明纯化的生物锰氧化物去除苯酚的性能较弱,但却可以高效去除对氯酚。有趣的是,在对氯酚的降解产物中鉴定得到了特定产物5-氯-2-羟基粘康酸半醛,从而发现了生物锰氧化物具有一种新颖的类酶(邻苯二酚2,3-双加氧酶)活性,这表明了组合体系中除了微生物驱动的对氯酚降解外,生物锰氧化物的存在提供了另一种互补的对氯酚降解途径。综上所述,本论文在高苯酚负荷下在MBBR中实现了锰氧化菌富集,而原位形成的生物锰氧化物显著增强了R2中苯酚和对氯酚的去除性能。考虑到生物锰氧化物的类酶活性,本论文的研究结果证实了一种涉及纳米材料和微生物群落的组合体系协同降解有机污染物的可行性。