难降解有机物毒性大、成份复杂，此类污染物包括有机氰化物、有机农药、有机染料、抗生素类药物废水等。一般的生物处理方法很难将其降解，同时此类污染物的存在能对微生物产生毒性作用或者抑制微生物生长，影响污水处理过程。共代谢技术是基于非专一性关键酶的产生和作用生物处理难降解有机物的有效技术之一，但受诱导基质浓度的影响，且难降解有机物浓度高时，也会影响微生物活性。藻类可以有效地富集和降解多种难降解有机化合物如抗生素、有机氯、农药、偶氮染料等，研究表明，栅藻能通过生物降解有效降解卡马西平，且当卡马西平浓度达100 mg·L-1时，仅有30%的藻类生长受到抑制，微藻对高浓度难降解有机物有较好地耐受能力。构建结合细菌和微藻降解难降解有机物特点的菌藻共生系统，能实现此类污染物的有效去除。
菌藻系统处理抗生素类难降解有机物时，主要是通过细菌和藻类两方面的作用。细菌能通过生物降解、吸附、挥发、水解和矿化等去除抗生素，但通过吸附、挥发、水解和矿化的量相对较小，主要是通过生物共代谢去除抗生素。有研究发现硝化污泥和Nitrosomonas Europaea可以通过共代谢降解作用来有效降解抗生素这类污染物，根据现阶段国内外研究情况可见有些抗生素只能通过与氨氧化细菌的共代谢作用才能被有效降解。实验证明市政污泥系统中浓度为500 μg·L-1的磺胺类抗生素磺胺甲嘧啶经过120 h后可通过生物降解作用完全去除。抗生素对藻类本身有直接的作用，既可能作为毒物抑制藻类的生长，又可能在特定浓度时发生毒物刺激效应，进一步激活蛋白酶，调节合成及诱导基因表达等，从而促进微藻细胞生长，呈现“低促高抑”作用。在低浓度下，抗生素能被藻体吸收富集和生物降解而被去除，研究表明，微球藻能有效去除32%的磺胺甲恶唑。
在高浓度下，抗生素可能对微藻的生长产生抑制作用，机制可能包括以下几个方面：
1. 改变细胞成分，主要表现为影响叶绿素中不同组分的含量、可溶性蛋白质的含量等。 2. 影响基因表达。通过影响某些编码藻类光合作用、氮磷吸收和运输等相关蛋白质和酶基因的复制和转录来影响藻的生长情况。 3. 影响光合作用。主要表现在影响藻细胞对氧的吸收量、叶绿素含量变化、抑制光合作用中电子的传递等。 4. 诱导产生活性氧自由基，引发氧化胁迫，破坏抗氧化酶系统。 5. 影响细胞膜，使细胞膜的通透性降低。但藻类对抗生素的耐受浓度远高于细菌类微生物，利用菌藻系统处理抗生素类难降解有机物时，菌藻之间的共生关系能增强细菌的活性，提高系统对抗生素的耐受能力。