随着我国可持续发展战略方针的实施以及城镇化进程的不断推进,探寻经济有效的污泥处理技术是当前面临着一个新的挑战。污泥处理湿地作为污泥生态稳定化技术,具有投资少、运行和维护费用低等优点,是一种应用前景较好的污泥稳定技术。微生物是污泥处理湿地系统中污染物去除的关键因素,深入研究其微生物群落结构动态变化与污泥稳定的关系,对认识污泥处理湿地技术的本质,提高污泥稳定效能具有重要意义。本研究构建了三种污泥处理湿地,它们是有通气管和无植物的污泥处理湿地(STW1)、有通气管和种植芦苇的污泥处理湿地(STW2)以及无通气管和种植芦苇的污泥处理湿地(STW3),分别在负荷期间和稳定期间运行。通过对不同运行条件下三种污泥处理湿地的污泥脱水与稳定、抗生素去除和微生物群落变化研究,揭示微生物群落结构与污泥稳定效能的关系,对于推进合理的污泥处理湿地设计具有指导意义。具体的研究内容和主要结论如下:(1)针对不同运行时期三个污泥处理湿地中植物生长特性、污泥TS含量、液相COD、NH4+-N和总磷进行研究。结果表明,随着湿地系统的稳定运行,植物的生长密度在运行期第二年达到最大值,污泥体积减少97%以上,TS含量从进泥平均0.65%增加至稳定期的29.2%～36.6%。污泥处理湿地对COD和NH4+-N的去除效果较好,平均去除率分别为82.5%和52.6%;对总磷的去除率较低,平均为27.9%。对不同运行时期进泥和三个污泥处理湿地截留污泥中有机物(VS)和营养物(总凯氏氮(TKN)和全磷(TP))进行了分析,结果表明,VS浓度从进泥平均60%减少至稳定期的39.1%～47.5%,而TKN和TP的含量分别从进泥的51.2 mg/g和10.6 mg/g下降至稳定期的24.3～35.6 mg/g和5.3～6.5 mg/g。在整个实验过程中,STW2对有机物和营养物质的去除效果最好。随着湿地系统的运行逐渐稳定,污泥处理湿地中污泥稳定化的程度越来越高。(2)基于液相色谱-质谱联用技术考察了不同运行时期三个污泥处理湿地中环丙沙星(CIP)、阿奇霉素(AZM)和土霉素(OTC)的浓度变化特征。结果表明,污泥处理湿地截留污泥中的抗生素含量随着污泥稳定化时间的延长而降低,其对CIP、AZM和OTC的去除率分别为56%～88%、65%～91%和64%～89%。STW2对抗生素的去除效果最佳,种植植物可以显著提高污泥处理湿地对抗生素的去除效能。生物降解和基质吸附是污泥处理湿地中抗生素的主要去除机制。夏季污泥处理湿地对三种抗生素的去除效果优于其它季节。抗生素含量和有机质含量存在线性正相关关系,与腐殖质化率(污泥稳定程度)存在线性负相关关系。(3)基于Illumina-Miseq测序技术分析不同运行时期三个污泥处理湿地中的微生物α多样性指数特征。结果表明,负荷期STWs中微生物群落的丰富度和多样性指数显著高于稳定期,其原因在于污泥停止输入,微生物可利用的营养物含量逐渐降低,从而导致微生物的活性急剧下降。STWs中微生物群落的丰富度和多样性指数与污染物的去除率呈正相关关系。因此,负荷期间STWs对污染物的去除能力显著高于稳定期,在运行期第二年污染物的去除率最高。带有通气管的STW2中微生物群落的丰富度和多样性指数高于STW1和STW3,且污染物去除效率较高,尤其是在7月,去除效果更加明显。(4)基于加权UniFrac距离的主坐标(PCoA)分析表明,负荷期STWs中优势菌门为变形菌门、拟杆菌门和浮霉菌门,这些菌门与污染物去除率呈正相关。因此,负荷期STWs中污染物的去除率较高主要是由于上述微生物的丰度较高所致。相反,稳定期STWs中形成高氧的贫营养环境,使得硝化螺旋菌门、绿弯菌门和放线菌门的相对丰度呈上升趋势。同时,STWs中优势菌属为硫杆菌属、黄杆菌属、假单胞菌属和脱氯单胞菌属,其在负荷期STWs的相对丰度高于稳定期。因而负荷期STWs中具有较高的污染物去除能力与这些优势菌属有直接关系。与STW1和STW3相比,这些菌属在STW2中的相对丰度较高,导致STW2中对污染物的去除能力较高。从微生物角度揭示通气管和植物的同时存在有助于提高污泥处理湿地稳定污泥的效能。