污泥是城镇污水厂在污水处理过程中必然产生的一种副产物,随着我国城镇化建设的加快以及污水处理系统的完善,污泥产量逐年增加,由此引发的二次污染问题也日益突出。好氧堆肥因其易于控制且成本较低,是目前国内外污泥处理行业的主流技术之一,然而堆肥过程中含氮气体（氨气和氧化亚氮）排放所导致的氮素损失以及环境污染问题是该工艺在实际应用中长期未能解决的重要问题。本研究通过外加碳源调控堆肥氮素转化来控制氮素损失,分析外加碳源调控污泥堆肥与氮素生物转化及含氮气体释放的相互关系,考察碳源调控对堆肥过程中氨同化作用、硝化、反硝化过程的影响机制,探索碳源强化与堆肥系统中功能微生物种群及相关功能基因之间的相互作用关系,进一步完善碳源调控污泥堆肥工艺。本论文首先从碳源的种类和添加比例入手,分析碳源调控对污泥堆肥过程中理化指标及氮素转化的影响,在此基础上研究碳源调控与堆肥微生物氨同化作用的相关关系,并针对氨同化微生物进行了选育和功能研究。结果表明,添加4%易降解碳源明显促进了堆肥有机质的降解,蔗糖对氮素损失的控制效果最佳,氮素损失仅为15.87%,氨气挥发也得到有效控制。蔗糖的添加可以促进氨同化细菌的生长繁殖,提高了Bacillus和Wautersiella两个菌属的相对丰度。蔗糖的添加促进了堆肥中碳源代谢,加快了三羧酸循环速度,提高了堆体中α-酮戊二酸的浓度,同时也提高了氨同化关键酶谷氨酸脱氢酶（GDH）、谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的活性,从而增强了微生物的氨同化能力。通过平板分离筛选及随机复合选育技术,获得一组耐高温氨同化功能菌剂,该菌群可以加速堆肥进程,提高有机质降解率和脱氢酶活性,同时也提高了堆体中氨同化细菌的数量和氨同化关键酶活性,然而菌剂的添加促进了堆肥初期的氨化作用,所以削弱其对氨挥发的抑制能力。通过分析硝化反硝化微生物群落结构及相关功能基因丰度的变化规律,考察了碳源调控对堆肥系统中的硝化反硝化作用及N₂O释放的影响机制。蔗糖的添加明显减少了堆肥中N₂O的挥发量,同时蔗糖组的硝化细菌数量在整个堆肥过程中均比空白组高出1个数量级以上,而不同处理间反硝化细菌群落在堆肥的前十天差异不显著。通过荧光定量PCR分析发现,蔗糖的添加提高了amoA基因的丰度,降低了hao基因丰度从而限制了NH₂OH-N向NO₂^--N的转化速度,同时提高了nxrA基因的丰度,从而可以提高亚硝酸盐氧化还原酶活性,促进NO₂^--N向NO₃^--N的转化。此外,蔗糖组的narG、nirS、nirK、norB反硝化基因丰度都不同程度的低于空白对照组,通过spearman相关性分析发现,硝化细菌数量与NO₃^--N和nxrA呈显著正相关,同时硝化作用的产物NO₃^--N及亚硝酸盐氧化还原酶基因nxrA丰度也体现出了一致的规律,而NO₂^--N浓度与N₂O挥发量、narG、nirS和norB呈正相关关系,说明堆体中反硝化作用是N₂O产生的主要路径。为了提高碳源强化污泥堆肥工艺的实用性,兼顾外加碳源的生物有效性和堆肥运行的可行性,本论文选择了菌糠和糖蜜作为外加碳源开展工艺技术研究。研究发现,菌糠和糖蜜的添加可以促进堆肥中有机质的降解,尤其在堆肥的升温期和高温期促进作用尤为明显,从腐熟度指标可以看出菌糠和糖蜜的添加明显加快了堆肥的进程,提高了堆肥产品的腐熟度。此外,菌糠和糖蜜的添加使堆肥中氨气挥发量减少了33.1%³7.3%,同时对N₂O挥发的控制效果也较为明显,N₂O挥发量仅为空白对照组的17.8%²5.4%,菌糠和糖蜜的添加使堆肥中的氮素损失降低了42.6%⁴7.6%,说明菌糠和糖蜜的联合添加可以有效的控制污泥堆肥中含氮气体的释放和氮素损失。