如何解决环境污染对人体及生态系统造成的危害,已经受到了人们的广泛关注。以典型的极性有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等为代表,此类化工废水生物降解性差、毒性大,难以使用常规生化技术处理,主要依靠成本高、能耗大、二次污染严重的物化技术,因此,针对此类难降解化工废水,开展经济高效的生物处理技术研究意义重大。本研究通过硝酸根的刺激作用,构建生物强化降解系统,利用反硝化反应的发生提高电子的传递和消耗能力,在反硝化脱氮的同时达到高效降解有机污染物的目的,解析了生物降解同步反硝化脱氮机理,以期为含有极性溶剂的化工废水污染控制提供技术指导。具体研究内容如下:（1）以长期用于处理NMP废水的活性污泥为菌源,以NMP为唯一碳源,成功筛选出一株能够利用NMP进行生长同时降解NMP的功能菌株,命名为NJUST38。以NJUST38作为接种物,考察了不同电子受体(NO3-、SO42-、Fe3+等)对NMP去除的关键影响,添加NO3-和SO42-作为电子受体时,5 m M的NMP去除率分别为100%和80%左右,添加Fe3+对NMP的降解没有促进作用。后续实验中选取NO3-作为最合适的电子受体,进一步探究了碳氮比对NMP降解性能的影响,控制进水中碳氮比在2.0时,菌株NJUST38降解NMP同步反硝化脱氮能力最高。（2）针对NMP废水的难降解特性和高生物毒性,硝酸根的存在可以提高NMP的矿化降解能力,且出水中生物毒性从14.7±2.1%降低至0.1±0.1%。此外,硝酸根的存在促进了调控NMP生物降解的关键功能基因,包括编码NMP水解酶（hyu B）、甲基转移酶（cob A）、4-氨基丁酸-2-氧戊二酸转氨酶（gab T）和琥珀酸半醛脱氢酶（gab D）的功能基因的高表达,提高了关键功能酶和电子传递系统的活性,提高了电子的产生和消耗能力。因此,反硝化反应的发生为NMP的生物降解和TCA循环提供了一个连续的电子“接收池”,加速了NMP的分解代谢。（3）为了探究硝酸根对微生物群落和功能的关键影响,本章节通过构建连续流生物反应器,分析了运行参数对反应器性能的关键影响。结果表明控制进水p H为7.0、进水NMP浓度为30.3 m M、进水硝酸钠浓度为64.9 m M、水力停留时间（HRT）为24小时的条件下,NMP和硝态氮可以被完全去除,总有机碳（TOC）的去除率高达90%以上。微生物群落分析表明,硝酸根的存在促进了水解微生物、反硝化微生物和电子传递功能菌的生长,提高了体系矿化降解NMP的能力。基于降解产物分析和酶活验证结果发现,实现生物强化降解系统中NMP长期稳定去除的关键是要提高功能微生物对NMP的水解和氧化降解能力。（4）为了探究硝酸根对活性污泥系统的关键影响,本章节探究了硝酸根对活性污泥系统处理高浓度DMF废水和功能基因表达的影响。结果表明:含有硝酸根的活性污泥系统可实现高效去除高浓度DMF废水,在DMF和硝酸根进水负荷为20.52 mol m-3 d-1和26.38 mol m-3 d-1、HRT为24小时、进水p H为7.0的条件下,出水中DMF和硝态氮可以被完全去除,且TOC的去除率高于90%以上。此外,活性污泥系统中硝酸根的存在促进了水解微生物和反硝化微生物的生长,提高了体系矿化降解DMF的能力。基于宏转录组分析发现,含有硝酸根的活性污泥系统中调控DMF水解、氧化降解和反硝化的功能基因的表达显著上调,表明了硝酸根的存在不仅改善了功能微生物的生长和代谢能力,而且提高了DMF的水解和矿化降解能力,为微生物代谢提供电子和能量。