我国城市生活污水碳氮比偏低,传统生物脱氮工艺处理低碳污水存在出水氮素难达标、外加碳源费用较高等问题。广州市黄埔区的沉水园项目为处理约20000 m~3/d的低碳生活污水,采用了广州某公司自主研发的同心圆内循环反应器,原出水设计标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准,但出水检测结果达到了一级A标准。该反应器主要由内外两个同心圆结合而成,关于其结构特点与低碳污水的脱氮效能的关系和脱氮机理仍为空白。此外,污水中残留四环素对微生物的胁迫会影响污水处理厂的稳定运行。为此,本研究通过开展同心圆内循环反应器的脱氮效能与机理研究,以及四环素胁迫下对相对稳定的MBBR生物脱氮的影响研究,以期为同心圆内循环反应器处理低碳污水的推广应用提供理论依据和技术支撑,并为含四环素废水的生物处理提供理论依据。本文通过不同运行时期下反应器沿程的氮素去除效能分析,明确了不同工艺条件下反应器的氮素去除效能,提出了反应器脱氮的优化调控策略。通过活性污泥形貌结构表征、高通量测序和荧光定量PCR技术探究了同心圆内循环反应器沿程活性污泥的形貌结构变化,微生物群落结构演变和脱氮功能基因的变化,揭示了同心圆内循环反应器处理低碳污水的脱氮机理。通过高通量测序和荧光定量PCR技术探究了四环素胁迫下MBBR生物脱氮性能及其微生物群落的演变。得到如下主要结果和结论。（1）在TOC/TN=1.0,MLSS=5000～6000 mg/L,MLVSS/MLSS＞0.4,缺氧段DO为0.1～0.2 mg/L,好氧段DO为2～4 mg/L,水力停留时间为4～5 h的条件下,外圈好氧段氨氮浓度由7.4 mg/L下降至2.4 mg/L,TIC浓度由44.1 mg/L下降至40.4 mg/L,外圈好氧段为氨氮转化和TIC去除的主要发生区域。外圈缺氧段总氮浓度由13.5 mg/L下降至10.6 mg/L,外圈好氧段和内圆好氧段总氮浓度由10.6 mg/L下降至5.3 mg/L,硝氮和TOC的去除主要发生在外圈缺氧段和好氧段。氨氮平均出水浓度为1.3～2.2 mg/L,总氮平均出水浓度低于15 mg/L,TOC出水平均浓度低于3 mg/L,达到城镇污水处理厂污染物排放一级A标准。（2）稳定期内外圈活性污泥中微生物形态差异不明显。内圆活性污泥较外圈生物量偏小,微生物形态发生了一定改变。反应器外圈的生物多样性较内圆较好。外圈缺氧段中缺氧反硝化细菌丰度较高,外圈好氧段中好氧反硝化细菌成为优势菌群。内圆相较于外圈脱氮功能微生物丰度较低。稳定期的反应器全程具有较好的微生物多样性且较为稳定。破坏性运行期全程微生物多样性低于稳定期。（3）amo A基因丰度在外圈逐渐上升,进入内圆后降低,在外圈好氧段丰度最高为87309.76 copi/μL,氨氮的转化主要发生在反应器外圈好氧段。nap A基因丰度在外圈好氧段至内圆进水点丰度最高为88686.7 copi/μL,外圈好氧段中发生了好氧反硝化反应。nir K基因丰度在外圈缺氧段处最高为96561 copi/μL,进入好氧段后逐渐下降,缺氧段发生的反硝化反应中亚硝氮还原这一步骤主要由nir K调控。（4）同心圆内循环反应器主要进行全程硝化反硝化,脱氮过程主要为异养硝化和好氧反硝化的协同作用。好氧段的硝化细菌通过利用TIC发生自养硝化反应将氨氮转化为硝氮。部分硝氮经外圈外循环和内圈气提回流至外圈缺氧段,缺氧段的反硝化细菌利用TOC发生反硝化反应去除硝氮。部分硝氮通过外圈好氧段发生的好氧反硝化反应去除。（5）浓度5 mg/L的四环素对MBBR脱氮性能无明显影响,10 mg/L会显著影响MBBR反硝化效果,出水中硝氮和亚硝氮显著积累。四环素浓度10 mg/L时,反硝化功能菌（Azoarcus、Thauera、Zoogloea）丰度大幅度降低。四环素耐受菌（Hyphomicrobium、Bryobacter）逐渐成为微生物群落中的优势菌群。反硝化功能基因nir S和nir K的丰度在四环素浓度升至10 mg/L时显著下降,10 mg/L的四环素主要通过抑制亚硝酸盐还原菌的功能表达抑制反硝化反应。（6）5 mg/L的四环素会导致抗性基因（tet A、tet M、tet X）的传播,而10 mg/L的四环素下,抗性基因浓度不再增加,过程中未检测到tet W的传播。在四环素胁迫下,微生物受到选择性压力,导致抗性基因的传播。而四环素浓度的提升不会导致抗性基因进一步积累。