以佛山市东平河水源作为试验原水，氨氮NH3-N浓度为2.5~3.5mg/L，进行生物预处理协同强化过滤去除氨氮的效果和群落结构分析的试验研究。以悬浮填料为生物载体，纳米氧化铁改性砂（Nano-Modified Sand，以下简称“NMS”）为滤料，研究生物预处理反应器（以下简称“反应器”）对氨氮等微污染物的处理效果、生物群落的演变过程；将反应器与以生物纳米氧化铁改性砂滤柱（Bio-Nano-Modified Sand，以下简称“BNMS”）联合（以下简称“联合工艺”），研究联合工艺对氨氮的去除效果，确定联合工艺的最佳运行参数及其对氨氮的最大耐受浓度。结果表明：　　（1）生物稳定挂膜期为10天，填料表面生物量90~100ugTOC·(cm3填料)-1，挂膜初期生物活性比稳定期的要强，比氧摄取速率（Specific Oxygen Uptake Rate，SOUR）分别为12.20、10.39(mg O2·cm3填料)/(mgTOC·L·h)，填料上生物相主体为菌胶团。　　（2）当氨氮浓度为2.5~3.5mg/L时，稳定期反应器对氨氮、浊度、TOC、UV254与 TN的去除率分别为70％~80%、40%~50%、10%~15%、30%~35%和5%~10%。反应器出水中颗粒表面Zeta电位值-13.38mV（进水：-16.42mV），颗粒粒径峰值295.3nm（进水：538.3nm）。反应器抗氨氮冲击负荷能力较强。将进水 NH3-N浓度增加2倍，预处理率仍为75%±5%。　　（3）试验中各样本的序列覆盖率均在99%以上。四个 Alpha多样性指数（ACE指数、Chao1指数、Shannon指数和Simpson指数）与反应器对NH3-N、TOC、UV254去除效果之间的相关性均较高，相关性系数R2分别为（0.7489、0.7014、0.7888）、（0.8949、0.7827、0.867）、（0.669、0.8372、0.73）、（0.7492、0.9077、0.8108）。　　（4）经含氨氮的微污染水培养后，反应器由单一菌种体系（以Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes为主要菌门）演变为菌种比例较为均衡的复杂体系（包含原单一菌种，以及Planctomycetes、Candidatus Saccharibacteria、Acidobacteria、Actinobacteria等17个菌门），共同完成对NH3-N、TOC、UV254、浊度的去除（去除率分别为70~80%、10~15%、30~35%、40~50%）。　　（5）增设生物预处理反应器，可降低混凝剂投加量（从15mg/L至9mg/L），提高混凝沉淀对浊度、氨氮的去除效果，分别从90.85%、20.07%增加至98.12%、23.94%；缩短了BNMS表面生物膜成熟时间3天，提高了BNMS强化过滤氨氮的去除率12.73%，延长了滤柱的过滤时间18h。　　（6）水力停留时间对反应器去除氨氮效果的影响最显著，填充率和气水比对其处理效果影响次之。反应器的最佳运行工况为：填充率为20%，水力停留时间为3h，气水比为1.5：1。最佳工况下，反应器对氨氮的去除率最高（可达81.99%）。　　（7）生物预处理与BNMS强化过滤联合工艺的最佳工况为：填充率为12.5%，气水比1:1，水力停留时间为2h，滤速为6m/h。最佳工况下的氨氮去除率、出水氨氮浓度、产水量分别为：93.53%、0.17mg/L、120L/h。　　（8）经生物预处理反应器、混凝沉淀工艺、BNMS过滤工艺后，颗粒数去除率分别为30.19%、62.85%、98.18%，BNMS对小粒径颗粒（2~7μm）有显著的截留效果。生物预处理反应器出水中的菌落个数浓度比进水时的菌落个数浓度增加了84CFU/mL，滤后水菌落个数浓度为30 CFU/mL，满足饮用水水质要求（100 CFU/mL）。　　（9）硝化反应主要在滤柱中上部55cm滤层内进行。在滤柱的滤层深度55cm处， NH3-N、NO2--N、 NO3--N浓度均达到稳定。　　（10）在最佳滤速6m/h条件下，联合工艺对不同浓度氨氮的抗冲击能力不同：当氨氮浓度小于7.5mg/L时，可选择填充率12.5%，水力停留时间2h，气水比1:1，滤速6m/h；当氨氮浓度为7.5~11.0mg/L时，可选择填充率20%，水力停留时间3h，气水比1.5:1，滤速6m/h。联合工艺（填充率12.5%，水力停留时间2h，气水比1:1，滤速6m/h）在低氨氮负荷条件下运行数天后，迅速提高氨氮浓度至较高值（2.5~3.5mg/L），可以较快恢复氨氮去除率至95%。