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甲烷氧化菌利用甲烷作为唯一碳源和能源,在氧化甲烷的过程中能有效地实现脱氮,该过程分为好氧甲烷氧化耦合反硝化（aerobic methane oxidation coupled to denitrification,AME-D）和厌氧甲烷氧化耦合反硝化（anaerobic methane oxidation coupled to denitrification,ANME-D）,在碳循环和氮循环的研究中具有重要意义。AME-D在城镇污水厂尾水深度脱氮方面具有巨大的应用潜力,所需甲烷为可再生能源,可由污水处理厂的厌氧处理工艺产生。本研究针对城镇污水处理厂尾水中氮污染物,构建基于AME-D的两个深度脱氮系统（A反应器和B反应器）,研究了该系统的构建方法,考察主要控制因素对系统效能的影响,在此基础上对贵阳某污水处理厂尾水进行处理研究,并对进出水中有机物的官能团进行红外光谱和拉曼光谱分析,采用16S rRNA基因测序技术和宏基因组技术分析系统中微生物多样性和功能基因,探讨该深度脱氮系统的作用机理。并探讨该技术对实际污水抗生素和内分泌物的去除效果,研究得出的主要结论如下:（1）在间歇运行方式下构建出AME-D系统。A反应器出水总氮平均浓度能达到1.32mg·L-1,平均去除率为93.4%,B反应器出水总氮平均浓度能达到1.53mg·L-1,平均去除率为92.35%。系统的最佳甲烷进气比为3%,在20-30℃时均能实现较好的深度脱氮。红外光谱和拉曼光谱分析显示A和B反应器中由NO3-对称伸缩引起的峰均明显消失,由醇COH面外弯曲或C-H面外弯曲振动吸收引起峰明显增强,A和B反应器能有效去除进水中的氮污染物,同时甲烷被氧化形成的中间产物可能主要为醇类、酰胺类和酯类物质。（2）通过16S rRNA基因测序结果显示A和B反应器中均同时存在硝化菌、反硝化菌和好氧甲烷氧化菌。在构建完成时,A反应器中甲烷氧化菌主要为Methylocystis（0.27%）、Methylosarcina（0.10%）和Methyloparacoccus（0.12%）,反硝化菌主要为Pseudomonas（56.92%）、Paenibacillus（3.52%）和Lysinibacillus（3.00%）,硝化菌主要为Nitrospira（0.1%）;B反应器中甲烷氧化菌主要为Methylosarcina（0.30%）、Methylocystis（0.13%）和Methylocaldum（0.09%）,反硝化菌主要为Pseudomonas（23.43%）、Lysinibacillus（4.77%）和Paenibacillus（2.43%）,硝化菌主要为Nitrospira（0.35%）。主要影响因素研究后,主要功能菌的相对丰度发生了变化,A反应器中甲烷氧化菌主要为Methylosarcina（0.13%）、Methylocaldum（3.38%）和Methylocystis（1.12%）,反硝化菌主要为Pseudomonas（0.38%）和Hyphomicrobium（3.60%）,硝化菌主要为Nitrospira（0.38%）;B反应器中甲烷氧化菌主要为Methylosarcina（1.84%）、Crenothrix（0.14%）和Methylocystis（1.9%）,反硝化菌为Hyphomicrobium（1.19%）和Pseudomonas（0.61%）,硝化菌主要为Nitrospira（0.42%）。说明A和B反应器的AME-D脱氮系统是由好氧甲烷氧化菌、反硝化菌和硝化菌协同实现。（3）通过对贵阳某城镇污水处理厂尾水研究知系统具有较高的脱氮效果。进水氨氮为0.7mg·L-1、总氮为9mg·L-1,A反应器出水总氮平均浓度为0.90mg·L-1,平均去除率为89.95%,B反应器出水总氮平均浓度为0.96mg·L-1,平均去除率为89.28%;红外光谱和拉曼光谱分析证明AME-D系统能实现较好的脱氮,且进出水中含有醇类物质（可能为甲烷被氧化形成的中间产物）。并发现A和B反应器对四环素、氧氟沙星和磺胺嘧啶等8种抗生素均有明显的去除效果,对邻苯二甲酸二正丁脂无去除效果。（4）通过宏基因组进一步分析显示A和B反应器中均同时存在亚硝化菌、硝化菌、反硝化菌和好氧甲烷氧化菌,且均出现硝化、反硝化和甲烷氧化的相关功能基因。A反应器中的甲烷氧化菌属有15种,主要的为Methylobacter（0.52%）、Methylomonas（0.39%）和Methylocaldum（0.25%）,反硝化菌属有9种,主要的为Terrimonas（4.74%）、Flavobacterium（1.42%）和Pedobacter（0.51%）,硝化细菌主要为Nitrospira（1.38%）和Nitrobacter（0.03%）,亚硝化菌属为Nitrosomonas（0.07%）和Nitrosospira（0.06%）。B反应器中的甲烷氧化菌属有15种,主要的为Methylobacter（1.63%）、Methylomonas（1.06%）和Methylosarcina（1.01%）,反硝化菌属有8种,主要的为Flavobacterium（0.62%）、Pedobacter（0.23%）和Rhizobium（0.25%）,硝化细菌主要为Nitrospira（2.97%）和Nitrobacter（0.02%）,亚硝化菌属为Nitrosomonas（0.11%）和Nitrosospira（0.09%）。宏基因组功能注释发现A反应器中与微生物新陈代谢相关的基因占67.5%,其中最丰富的代谢类型是氨基酸及其派生物代谢,共占14.17%,膜运输占3.63%,外源性物质生物降解占2.55%,B反应器中与微生物新陈代谢相关的基因占68.25%,最丰富的代谢类型也是氨基酸及其派生物代谢,共占14.23%,膜运输占3.68%,外源性物质生物降解占2.56%。A和B反应器中出现硝化、反硝化和甲烷氧化的相关功能基因,包括好氧氨氧化菌酶、硝酸盐还原酶、亚硝态氮还原酶和反硝化菌酶的功能基因,颗粒型甲烷单加氧酶（p MMO）、溶解型甲烷单加氧酶（s MMO）、甲醇脱氢氧酶和甲烷被氧化为甲醛的功能基因等。