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好氧反硝化（Aerobic denitrification）生物脱氮技术凭借能够节省建设投资、减少运行费用、可实现同步除碳脱氮等独特优势,一直是生物脱氮技术研发领域研究的热点之一。然而,在好氧反硝化方向的研究中,仍然存在如何促进好氧反硝化菌的脱氮性能,如何深入揭示好氧反硝化的作用机制等科学问题亟待解决。基于此,本研究以课题组分离筛选出的好氧反硝化菌（Psedomonas stutzeri T13）为研究对象,开展了促进菌株T13生长及脱氮性能,以及深入解析好氧反硝化作用机制方面的研究。针对如何提高好氧反硝化菌生长速率与脱氮性能的问题,考虑到适量添加某种金属离子能够促进微生物的代谢活性。因此,首先对菌株T13的脱氮性能进行条件优化,分别探究了碳源、C/N、温度和p H对菌株T13脱氮性能的影响。结果表明,菌株T13具有较强的环境适应能力,最佳培养条件为丁二酸钠为碳源,C/N为8,温度为30oC,p H值为8。在最佳培养条件的基础上进行了金属离子对菌株T13脱氮性能的影响实验,结果表明,Fe3+能够促进菌株T13的生长及好氧反硝化性能。Fe3+浓度由0.004 mmol/L提高至0.036 mmol/L时,菌株T13的生长速率由10.35 mg Biomass-N L-1 h-1升高至13.30 mg Biomass-N L-1 h-1,提高了28.5%,NO3--N还原速率由5.25 mg L-1 h-1提高至19.65 mg L-1 h-1,提高了2.74倍。菌株T13好氧反硝化作用的气态终产物为N2（>99%）,而NO和N2O在好氧反硝化作用中的积累量极低。相比于对照组(0 mmol/L Fe3+),0.036 mmol/L Fe3+离子使菌株T13的nap A、nir S、nor B和nos Z等反硝化关键功能基因的相对表达分别升高3.21、8.17、1.82和7.95倍,使硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的活性分别提高4.2和13.5倍。针对好氧反硝化作用的化学计量关系尚不清楚的问题,研究了菌株T13的化学计量学方面的特性,结果表明,菌株T13细胞的经验分子式为C4.98H6.98O1.98N,与传统的异养微生物细胞的经验分子式（C5H7O2N）接近;获得了菌株T13在不同氮源条件下的化学计量学参数,明确了在不同氮源条件下菌株T13的电子分配比例,如在NH4+-N和NO3--N共存时,菌株T13的化学计量学参数fs的值为0.538,表明菌株T13所消耗的有机物中,有53.8%的部分作为碳源用于合成细胞物质,其余46.2%的部分作为电子供体传递给电子受体用于产生能量,其中,传递给电子受体的电子中有44.2%传递给了硝酸盐,有55.8%传递给了O2;菌株T13的化学计量学参数fs高于传统缺氧反硝化菌的fs,但却低于通过能量学估算得到的fso;动力学特性实验结果表明,菌株T13的比生长速率与COD浓度、氨氮浓度、硝酸盐浓度的关系均可由多基质Monod方程进行描述（R2>0.95）,其中,菌株T13的COD半饱和常数(KCOD)、氨氮半饱和常数(KNH4)、硝酸盐半饱和常数(KNO3)分别为125.07、6.95、2.72 mg/L。而菌株T13的比生长速率与亚硝酸盐浓度的关系可由抑制型Monod方程来描述（R2>0.95）,其中,菌株T13的亚硝酸盐半饱和常数(KNO2)和半饱和抑制常数(Ki NO2)分别为18.34和209.07 mg/L;采用“两步反硝化”模型,基于所获得的菌株T13的化学计量学参数（包括动力学常数）,利用AQUASIM软件对菌株T13在不同条件下的生长及脱氮性能进行数值模拟,结果表明所获得的化学计量学参数能够较好地描述菌株T13的生长及好氧反硝化性能,R2均高于0.95。针对DO对好氧反硝化作用影响机制尚不清晰的问题,利用膜曝气生物膜反应器（Membrane aerated biolfilm reactor,MABR）无泡曝气和通量分析的特点,研究DO对菌株T13好氧反硝化作用的影响及机制。结果表明,随着O2通入压力由2 psig逐渐提高至10 psig,平均出水DO浓度由0.02 mg/L升高至4.23mg/L,氨氮及COD的平均去除率逐渐升高,而硝酸盐的平均去除率逐渐降低,亚硝酸盐的积累量逐渐升高;通量分析表明,当O2压力为2 psig时,实际O2消耗的电子通量为5.60 e-equivalent m-2 d-1,接近该压力条件下的理论最大O2传递通量(5.80 e-equivalent m-2 d-1),O2供给相对不足。当O2通入压力为10psig时,实际O2消耗的电子通量为14.65 e-equivalent m-2 d-1,小于该条件下理论最大O2传递通量(23.2 e-equivalent m-2 d-1),O2供给充足;nap A和nor B基因的表达受DO浓度变化的影响较小,分别在DO浓度为0.92 mg/L和0.19 mg/L时的相对表达量最高,分别为2.15和1.85,而nir S和nos Z基因的表达受DO浓度变化的影响较大,在DO浓度为0.19 mg/L时的相对表达量最高,分别为6.50和6.13。