随着水生态保护和水治理标准的提高,对污水处理厂进行升级改造大势所趋。脱氮除磷是改善污水处理厂二级出水水质和防止水体富营养化的关键。传统脱氮工艺处理低碳氮比废水时需要补充额外的碳源,硫自养反硝化工艺因其无需外加碳源、脱氮效率高、污泥产量低等优点得到了广泛关注。本文以硫铁矿作为电子供体,研究了其自养反硝化特性,对工艺的启动方式进行了优化,通过高通测序技术揭示了微生物群落结构,旨在为硫铁矿自养反硝化工艺的实际应用提供支持。主要研究结果如下:(1)通过批次实验,比较了不同电子供体培养的污泥样品脱氮性能,并通过高通量测序技术揭示了微生物群落结构。以S做为电子供体培养的系统脱氮效率高,启动时间短,系统内硫自养反硝化工艺核心菌属Thiobacillus相对丰度最高,为70.40%,因此,在后续实验中使用S快速启动硫铁矿自养反硝化工艺。在此基础上,应用S快速驯化的污泥,在批次实验中探究了硫铁矿自养反硝化过程的影响因素。在温度为33℃,进水TN浓度为50 mg/L,TP为5 mg/L条件下,系统的TN与TP去除率均随着HRT的提高而提高,在HRT为10 d时,TN去除率可达到98.7%,TP去除率可以达到100%;硫铁矿自养反硝化系统在p H为5-9范围内均有着良好的脱氮除磷性能;系统的脱氮除磷性能随硫铁矿投加量的增大而增大,当投加量为理论值2倍时,脱氮效果最好;硝酸盐浓度为30 mg/L时,系统的TN去除率最高,为97%,TP去除率随硝酸盐浓度提高而提高;系统内磷的浓度大于1 mg/L时,系统的脱氮性能就不受磷的限制。(2)分别建立以硫铁矿为电子供体的活性污泥反应器和生物滤池反应器,对硫铁矿自养反硝化工艺反应器形式进行了筛选。生物滤池反应器具有更高的脱氮效率和更低的启动时间,因此选择生物滤池作为后续连续流反应器的运行方式。在优化了反应器形式的基础上,以硫铁矿(1号)为填料的生物滤池作为对照组,分别构建了以硫铁矿/石灰石(2号)和硫铁矿/硫磺(3号)为填料的强化型硫铁矿生物滤池,考察了三个系统的脱氮除磷性能。在进水TN为30 mg/L,TP为5 mg/L的条件下,系统的最优HRT为12.4 h,、三个系统的TN去除率分别为93.2%(1号)、91.1%(2号)与98.8%(3号),TP去除率均为100%;最适温度为30℃,温度对TP的去除影响不大;系统最适p H范围为6-7.5;TN去除率随着初始TN浓度提高不断降低,在TN浓度低于30 mg/L时,三个反应器均能够取得良好的脱氮效果;初始磷浓度大于2 mg/L时,磷浓度不对系统脱氮性能造成限制;DO浓度对TN去除具有抑制作用,对TP去除影响不大。(3)在上述优化参数的基础上,将三个系统应用于处理城市污水处理厂生化尾水,从去除效果、出水水质的角度来评价强化工艺的可行性,并通过微生物群落分析来探究强化工艺的强化机理。结果表明:当反应温度为31-33℃,HRT为2.2 h时,三个反应器总氮(TN)去除率分别为91.3%(1号)、84.5%(2号)、100%(3号),出水TN浓度均小于5 mg/L;总磷(TP)去除率分别为91.4%(1号)、85%(2号)和100%(3号),TP去除率随TN去除率提高而提高;出水p H基本均能维持在6.8-7.6之间,体系内硫酸根产量较低,维持在4.99-5.91(mg SO₄^2-/mg NO₃^--N)。Thiobacillus作为硫铁矿自养反硝化工艺的核心功能菌属在3号反应器内占据优势地位。以硫铁矿/硫磺为填料的反应器不仅可以实现快速启动,也能够取得良好的氮磷去除效果,为硫铁矿自养反硝化技术的实际应用提供了理论支持。