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制药废水具有毒性物质多、可生化性不强、难降解等特点,对环境造成严重的危害。本研究选取制药废水中3-甲基吲哚和苯并噻唑这两种特征污染物作为研究对象,浓度分别为90mg/L和60mg/L。这两种特征污染物在废水中不仅含量高,毒害严重,更会降低污水处理效率,如何高效降解是处理制药废水的关键技术难点。常规生物法对污染物的去除效率不高,而高级氧化法、电辅助生物法成本较高。综合考虑,采用葡萄糖好氧共代谢的方式驯化高效降解特征污染物的菌群,并应用投加粉末活性炭工艺(PACT)强化微生物菌群以提高处理效率和抗负荷能力。采用葡萄糖共代谢方法驯化出的3-甲基吲哚降解菌群可以完全降解3-甲基吲哚及其降解产物。在驯化末期,曝气3h后3-甲基吲哚完全降解;曝气4h,COD去除率为76.1%,TOC去除率达87%。驯化后的3-甲基吲哚降解菌群呈多样性分布且优势菌群突出,主要的优势菌属为acidovorax(35.64%)、acinetobacter(5.26%),文献表明它们可以降解难降解有机物,因此推测其也有降解3-甲基吲哚的能力。驯化后的苯并噻唑降解菌群可以高效降解苯并噻唑,但对其代谢产物降解效率不高。故采用PACT工艺进行强化。实验确定PACT工艺参数为:最佳PAC投加量为60mg/L,水力停留时间7h。采用最佳PAC投加量强化后,苯并噻唑降解菌群对TOC、COD的去除效率均有大幅度提升,可以高效降解苯并噻唑代谢产物;菌群的生物活性增强,耗氧呼吸速率和EPS中的多糖、蛋白均有所提高。PACT工艺下的系统,在冲击负荷下运行状况良好,TOC去除率显著高于未投加PAC的污泥系统。实验表明投加PAC是保证污泥系统在冲击负荷下正常运行的必要措施。经过驯化和PACT强化后,苯并噻唑降解菌群结构发生显著变化,优势菌属为Paludibacter(10.19%)、Zoogloea(8.44%)。分析表明,PAC的投加与活性污泥形成协同效应:PAC吸附微生物和溶解氧,给微生物栖息和代谢提供了良好的场所,提高了生物量;PAC的吸附解吸作用降低了苯并噻唑对微生物的毒害,提高了微生物的活性;投加PAC改变了微生物生长的微环境,活性污泥包裹住PAC,在其内部形成了相对厌氧环境,使得Paludibacter这种可降解杂环化合物的非好氧菌大量繁殖,形成了可高效降解苯并噻唑的菌群。分析PACT促进苯并噻唑降解的机制,发现苯并噻唑的降解首先转化为2-羟基苯并噻唑(OBT)后,通过2条路径继续降解:一条路径是苯环的开环反应,另一条路径是杂环的开环反应。