硝酸盐污染是造成水环境恶化的重要原因之一。传统硝化-反硝化脱氮工艺需要额外补充碳源,因此易存在二次污染的问题。近年来,以无机物作为电子供体的新型自养反硝化工艺受到了广泛关注。其中,铁自养反硝化工艺因安全性高、成本低廉等优势展现出广阔的应用前景。然而,目前其反硝化过程机理仍不明晰。因此,本研究构建了铁自养反硝化系统作为研究对象,根据不同营养条件下的基质降解趋势,结合动力学模型对其自养反硝化的脱氮性能和内在机制进行探究;并基于铁自养反硝化过程,利用亚铁提升异养反硝化反应器脱氮性能,富集不同营养型反硝化微生物,以实现亚铁辅助低碳氮比污水脱氮处理。本研究以污水处理厂A~2O工艺回流污泥为接种污泥,通过持续添加亚铁和硝氮对其进行驯化,实现了铁自养反硝化反应器的稳定脱氮,脱氮效率达到87.0±1.8%,脱氮速率达到0.12±0.01 kg-N·m-3·d-1。高通量测序结果显示,铁自养反硝化反应器活性污泥中微生物以嘉利翁氏菌科为主。通过批次试验和模型方法探究了铁自养反硝化过程的内在机理,验证了反应器中发生的亚铁氧化硝酸盐还原过程是由微生物介导的生物过程,并且是以亚铁为无机电子供体的自养过程。经铁自养条件长期培养的驯化污泥可能存在两种不同的代谢途径:其一为以Fe（II）为电子供体、Na HCO3为碳源的自养代谢途径,另一种为以有机碳源为电子供体的异养代谢途径。在驯化培养过程中,活性污泥对于亚铁的生物氧化作用逐渐增强。最后,通过向异养反硝化体系添加亚铁提升低碳氮比废水的脱氮效果,混合营养体系在碳氮比为1时达到碳氮比为3时异养反硝化体系的脱氮性能,脱氮效率达71.3±5.2%,脱氮速率达0.20±0.02 kg-N·m-3·d-1。高通量结果显示,混养体系中Thauera菌属和Thermomonas菌属丰度最高,且其它优势菌群间的丰度差异较小。不同营养型的微生物能在混养体系中良好共生,微生物间可能通过形成互作关系,提高对无机和有机电子供体的利用率,从而提升体系的反硝化性能。本研究通过运行反应器和批次实验等,研究了以铁为唯一电子供体的自养反硝化和以铁为辅助的混合营养反硝化脱氮工艺的性能,深入分析了铁氧化硝酸盐还原的过程机理,为基于铁的反硝化工艺提供理论依据。