随着污水排放标准的提高,尤其是对氮磷等营养元素的控制越来越严格,传统的异养反硝化工艺处理低C/N废水已经不能满足环境保护和社会发展的需要,如何提高低C/N比污水的脱氮除磷率成为现在社会研究的一个新难点。本研究采用硫铁矿作为电子供体进行反硝化作用,克服了传统异养反硝化工艺容易受到有机碳源限制的缺点,探究了硫铁矿反硝化反应器脱氮性能,同时对硫铁矿反硝化反应器除磷工艺进行优化。首先,设计了两种富集污泥驯化培养的批次实验,通过比较两种污泥的脱氮性能以及微生物群落结构差异,选择硫铁矿反硝化反应器合适的接种污泥。接着,硫铁矿反硝化反应器分别处理实验室模拟废水和实际废水,以生物滤池的方式运行,研究了 HRT、初始总氮、总磷浓度等因素对硫铁矿反应器脱氮除磷性能的影响;通过对硫铁矿反硝化过程中微生物群落结构和功能微生物的研究,进一步解析硫铁矿反硝化的作用机理。最后,利用硝化反应产生酸性溶液对硫铁矿填料进行酸洗,溶解得到硫铁矿表面的磷酸盐并进行回收,探究了硫铁矿反硝化反应器除磷性能以及磷回收效率。主要研究包括:（1）在两种富集污泥的批次实验中,驯化得到的铁自养反硝化污泥硝酸盐的去除效率为76.88 mg/（gVSS d）。在该污泥驯化与富集过程中,微生物群落结构发生了变化,铁氧化细菌具有很高的多样性,其中Thermomonas和Gallionella相对丰度明显升高,成为了铁自养反硝化污泥中优势种群。经过40天富集完成硫自养反硝化污泥,其硝酸盐去除率高达98%,在硫自养反硝化污泥的驯化过程中,门水平上Proteobacteria的相对丰度显著上升,Thiobacillus的相对丰度超过50%,并成为硫自养反硝化过程中是最主要的功能微生物。比较两种富集污泥利用硫铁矿进行反硝化脱氮效果发现,硫自养反硝化细菌脱氮率更高,能够作为快速启动硫铁矿反硝化系统的接种污泥。两种污泥的微生物群落结构有显著差异,硫自养反硝化污泥中微生物多样性明显低于铁自养反硝化污泥,硫自养反硝化污泥中优势菌群是Thiobacillus,铁自养反硝化污泥中优势菌群是Thermomonas。（2）批次实验表明,硫铁矿粒径越小,总氮去除率越高,总氮去除率为54.4%。生物滤池接种活性污泥启动时间长,直到66天后,反应器的脱氮率逐渐提高,总氮去除率最高为84%,前期的反硝化作用不彻底,导致总磷去除率较低。接种硫自养反硝化污泥的生物滤池启动较快,在最后阶段,出水总氮浓度能够保持在0.5 mg/L左右,取得了非常好的脱氮效果,HRT越长,总氮总磷的去除效率越高,总磷去除率最高为96%,该系统实际产生的硫酸盐比理论值略高。（3）在接种活性污泥的生物滤池中Proteobacteria含量从40%升高到60%左右,占有绝对优势,其中Thiobacillus是最主要的自养反硝化细菌,其相对丰度从3%增加到33%,Nitrospira是典型的亚硝酸盐氧化细菌,由于反应器前期的亚硝态氮出现明显累积,可能导致Nitrospira富集。接种硫自养反硝化污泥的生物滤池中Proteobacteria的相对丰度反而下降,污泥中Thiobacillus的含量同样也减少了,但其相对丰度仍然是最高的菌属。宏基因组分析结果表明,硫铁矿自养反硝化系统中存在多种细菌同时具有硫氧化（s ox C、aprB和sat）和反硝化（napA、nosZ、nirS、napC和norB等）功能,这些硫自养反硝化细菌通过氧化硫铁矿进行硝酸盐的生物还原作用。（4）进水总氮负荷为54.2 mg/（L·d）时,生物滤池的最高脱氮率仅为47%,除磷率接近80%,反硝化过程中脱氮除磷率逐渐下降,反应器能维持运行40天左右;当进水总氮负荷仅为12.1 mg/（L·d）,生物滤池的最高脱氮率达到82%,除磷率为92%,反应器能够维持运行至少60天。由于硫铁矿表面被磷酸盐沉淀覆盖,硫铁矿系统脱氮效果下降,为了恢复硫铁矿生物滤池的性能以及磷的回收,利用硝化反应产生酸液对硫铁矿进行酸洗再生。在硝化反应的批次实验中,初始氨氮浓度设置在5～100 mg/L,随着浓度的增加,硝化反应出水的pH值下降越快,并且100 mg/L氨氮溶液中pH值最低（pH＜5.5）。溶液的pH值越低,酸洗硫铁矿后的得到总氮和总铁浓度更大。加入相同剂量的NaOH条件下,磷的回收效率随着溶液pH值的增加而上升,在同种pH溶液中,加入NaOH剂量越多,磷的回收效率也越高。酸洗氧化的的硫铁矿填料,最高磷的回收效率可以达到79%。运行酸洗硫铁矿之后的生物滤池,总氮、进水总磷负荷分别为51 mg/（L·d）和5.7 mg/（L·d）,最高脱氮率为41%,除磷率为76%。