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我国许多地域的城镇污水厂污水中含有来源于自来水或工业废水的较高浓度的钙离子,以及来源于生物-化学协同除磷药剂投加或部分工业废水的铁离子。目前,这些钙、铁离子对生物除磷系统的除磷效能及途径影响缺乏系统深入的研究。针对上述问题,本研究以生物除磷系统为研究对象,重点探究了进水钙离子、铁离子浓度对生物除磷系统效能及除磷途径的影响,利用SMT磷形态分析、核磁共振波谱(31P NMR)、扫描电镜能谱（SEM-EDS）等方法,考察了不同钙、铁离子浓度下生物除磷系统污泥中的磷形态与含量,以及污泥中化学沉淀的组分,揭示了系统除磷途径对钙、铁离子的响应;同时,利用三维荧光光谱（3D-EEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）分析探究了不同钙、铁离子浓度下的生物除磷系统中胞外聚合物（EPS）在生物/化学除磷过程中的作用机制;并利用16S r RNA高通量测序技术,探究了钙、铁离子对生物除磷系统功能菌群及微生物作用机制的影响。主要研究结论如下:（1）进水Ca2+浓度对生物除磷系统磷酸盐与有机物去除途径影响显著。随着Ca2+浓度增加,系统通过生物除磷途径去除的磷减少,通过化学除磷途径去除的磷增加,进水Ca2+浓度为40±10、80±10、120±10、160±10 mg/L时,生物除磷系统中通过化学除磷途径去除的PO43--P平均占比分别为21.0%、26.3%、33.6%、45.5%。31P NMR结果表明,随着进水Ca2+浓度增加,好氧末污泥中聚磷（poly-P）峰面积占比由34.71%减少至0.28%,污泥中生物成分减少,化学成分增加。SEM-EDS结果表明,生物除磷系统中沉淀产物主要为磷酸钙、碳酸钙、羟基磷灰石与磷酸镁。16S r RNA高通量测序结果表明:Ca2+对系统中生物除磷功能菌群影响显著。随着Ca2+浓度增加,聚磷菌科Rhodocyclaceae与Comamonadaceae总相对丰度由15.66%下降至5.57%,聚糖菌科Rhodospirillaceae相对丰度从2.57%下降至0.43%;好氧异养菌Chryseolinea相对丰度由0.20%上升至6.57%;有机物降解途径由聚磷菌/聚糖菌在厌氧时段降解,转变为聚磷菌、好氧异养菌分别在厌氧和好氧时段降解。（2）生物除磷系统中生物作用对钙离子化学除磷有显著的促进作用。在厌氧时段,厌氧初（上周期好氧末:有机物的生物降解使得pH值由进水的7.54±0.02上升至8.65～8.16）液相pH较高;同时,聚磷菌释磷作用使得液相中PO43--P浓度升高,这些生物作用促进了部分PO43--P与Ca2+通过化学反应沉淀去除;进水Ca2+浓度分别为40±10、80±10、120±10、160±10 mg/L时,生物除磷系统厌氧末液相中PO43--P浓度相对于各系统的最高释磷量分别下降了0、5.4%、12.1%和25.2%;31P NMR结果表明,进水Ca2+浓度40±10 mg/L时,生物除磷系统厌氧末污泥中poly-P峰面积相对于好氧末下降了20.26%,正磷（ortho-P）峰面积增加了4.51%。（3）随着钙离子浓度增加,生物除磷系统中EPS除磷作用减弱。在进水Ca2+浓度为40±10、80±10、120±10、160±10 mg/L时,EPS对系统除磷的贡献率分别为26.1%、20.2%、16.4%、13.2%;在系统周期运行过程中,EPS中的PO43--P含量呈现厌氧升高、好氧下降的趋势。3D-EEM结果表明,随着Ca2+浓度增加,EPS中类蛋白质与微生物代谢副产物含量减少。（4）进水Fe3+浓度对生物除磷系统磷酸盐与有机物去除途径影响显著。随着进水Fe3+浓度升高,系统通过生物除磷途径去除的磷减少,通过化学除磷途径去除的磷增加。31P NMR结果表明,随着进水Fe3+浓度增加,好氧末污泥中poly-P峰面积占比由34.71%减少至10.4%;ortho-P占比由12.70%增加至21.42%。SEM-EDS结果表明,系统沉淀产物主要为铁氧化合物、铁磷聚合体和磷酸铁。16S r RNA测序结果表明,Fe3+对系统中生物除磷功能菌群影响显著。随着进水Fe3+浓度由0mg/L增加至42±2 mg/L,系统中聚磷菌Rhodocyclus、Bdellovibrio总相对丰度由1.10%下降至0.21%;聚糖菌Defluviicoccus相对丰度由2.51%下降至0.21%;好氧异养菌Chryseolinea相对丰度由0.20%上升至2.06%;系统生物除磷效能下降,有机物降解途径由聚磷菌/聚糖菌在厌氧时段降解转变为聚磷菌、好氧异养菌分别在厌氧和好氧时段降解。（5）生物除磷系统中生物作用对铁离子化学除磷有显著的促进作用。厌氧初（上周期好氧末:有机物的生物降解使得pH值由进水7.32±0.22上升至8.65～8.15）液相pH较高;同时,聚磷菌释磷使得液相中PO43--P浓度升高,这些生物作用促进了部分PO43--P通过铁氧化合物吸附以及形成磷酸铁沉淀去除。进水Fe3+浓度分别为14±2、28±2、42±2 mg/L时,生物除磷系统中厌氧末PO43--P浓度相对于各系统的最高释磷量分别下降了5.9%、10.3%、22.9%;31P NMR结果表明,含铁离子的生物除磷系统厌氧末污泥中poly-P峰面积相对于好氧末下降了10.40%,ortho-P峰面积增加了1.56%。（6）随着铁离子浓度增加,生物系统除磷EPS除磷作用减弱。在进水Fe3+浓度为0、14±2、28±2、42±2 mg/L时,EPS对系统除磷的贡献率分别为26.1%、8.7%、5.5%、2.4%;在反应器周期运行过程中,EPS中的PO43--P含量呈现厌氧升高、好氧下降的趋势。3D-EEM结果表明,随着Fe3+浓度增加,EPS中类蛋白质、腐殖酸和微生物代谢副产物含量大幅减少。