化工废水中环状有机污染物（含氮杂环化合物、卤代芳香族化合物及抗生素类化合物等）因其结构复杂、性质稳定、生物毒性大、生物降解性差,难以通过传统的生物处理方法实现有效降解。开发经济高效的强化生物降解技术对环状有机污染物的处理有重要意义。针对吡啶等含氮杂环化合物生物处理系统缺乏活性微生物源的问题,本论文开发了一种连续流好氧自生动态膜生物反应器,采用投加吡啶特效降解菌对高强度吡啶废水进行强化降解,通过耦合硝化作用在一个前置缺氧/好氧动态膜生物反应器中实现吡啶的缺氧强化降解及同步脱氮;针对电子传递效率低下的问题,采用铁氧化物耦合厌氧系统强化降解4-氯酚（4-CP）,研究了长期运行的性能和协同机理;针对抗生素类污染物生物降解过程中缺乏电子受体的问题,通过硝酸根强化光催化辅助生物降解四环素（TC）。为实现难降解污染物的强化生物处理提供了新的思路。本研究为处理含高浓度吡啶废水,开发了生物强化连续流自生动态膜生物反应器（CSFDMBR）,由连续流气升式反应器（CFAR）和动态膜生物反应器（DMBR）组成的。结果表明,通过Rhizobium sp.NJUST18的生物强化作用,CSFDMBR反应器可以快速成功启动。在反应器中可以实现吡啶的完全降解和氨氮的硝化并且生物质浓度显著提高。在进水吡啶负荷高达9.0 kg m-3 d-1的条件下,CSFDMBR体系依然可以实现吡啶的高效去除,这可能是由于好氧颗粒的形成和动态膜高效的生物持留性能所起的关键作用。CSFDMBR体系对吡啶废水具有良好的去除性能,出水总有机碳（TOC）和浊度分别低至22.5±6.8 mg L-1和3.8±0.5 NTU。通过长达60天的反冲洗周期,可以表明膜污染被有效地控制。高效的吡啶降解性能展示了生物强化CSFDMBR体系的实际应用潜力,特别是在去除难降解有机污染物方面。本研究成功地在内循环缺氧/好氧动态膜生物反应器（A/O-DMBR）中实现了高强度吡啶的强化生物降解。由于动态膜在生物质持留中所起的关键作用,吡啶生物降解过程中释放的NH4+可以在好氧区有效地硝化为NO3-,然后NO3-再循环到缺氧区作为吡啶生物降解的电子受体来强化吡啶的缺氧降解。由于乙酸钠对NO3-的竞争作用,添加乙酸钠对吡啶的生物降解有不利影响。回流比的增加对吡啶的生物降解有积极的影响,这是由于高回流比条件下NO3-的可用性增强。当进水吡啶浓度为1500mg L-1时,出水浊度保持在10 NTU以下,表明动态膜具有良好的生物质持留性能。微生物群落分析证实了在缺氧区和好氧区均有特定功能菌种得到有效富集。260天的长期稳定运行证明了A/O-DMBR体系在实际应用中的潜力。纳米Fe2O3颗粒耦合厌氧系统可以降解高毒性和难降解的4-氯酚（4-CP）,但缺乏综合系统性的研究。本研究通过Fe2O3纳米颗粒耦合厌氧系统连续运行250天来阐明技术可行性、系统稳定性、微生物多样性及其潜在的降解机制。结果表明,耦合UASB中4-CP和TOC的去除率始终高于97%和95%,验证了Fe2O3耦合UASB的长期运行稳定性。与对照UASB系统相比,耦合UASB系统对4-CP和TOC的去除效率分别提高了42.9±0.4%和27.5±0.7%。耦合UASB反应器的微生物多样性也明显高于对照系统。Fe2O3纳米颗粒的加入明显促进了涉及脱氯、发酵、电子传递和乙酸发酵产甲烷菌种的富集。Fe2O3纳米颗粒的加入促进了厌氧污泥的胞外电子传递效率、电子传递活性和污泥电导率,通过功能菌种的协同代谢作用使4-CP的生物降解性能增强。由于硝酸根作为电子受体的关键作用,通过序批实验和连续实验,实现了在缺氧条件下光催化辅助生物强化降解四环素（TC）。在序批实验中,硝酸根强化光催化辅助生物降解体系相比未添加硝酸根的光催化辅助生物降解体系对TC的降解效率提高了15%以上,证明了硝酸根强化光催化辅助降解TC的技术可行性。连续流光催化辅助生物反应器（CFPCBR）连续运行165天,硝酸根强化光催化辅助生物降解体系对TC和TOC的去除率分别为93.2±1.5%和63.6±3.8%,明显高于未通过硝酸根强化对照系统的51.3±2.8%和47.6±6.7%。硝酸根作为电子受体显著提高了光催化辅助生物降解TC的效率。光催化高效的分解TC使微生物快速利用低毒性的光催化降解产物进行呼吸代谢达到最终矿化的目的。硝酸根强化系统不仅降低了废水的生物毒性并且提高了微生物代谢活性。此外,通过添加硝酸根,富集了Rhodopseudomonas、Thauera和Phreatobacter等具有芳香族化合物和多环芳烃降解功能的菌种。