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含氮废水污染是我国主要环境污染问题之一,目前,含氮废水的处理方法有物化法和生物法,物化法运行成本较高,容易带入二次污染,抗冲击负荷能力差,因此生物法成为废水处理研究领域的热点。传统的生物法脱氮包括好氧硝化和缺氧反硝化两个阶段,两个过程对环境要求差异较大,因此在运行过程中存在耗能过高、额外添加碳源和碱度、占地面积大以及操作较复杂等问题。近年来,研究发现,向活性污泥系统中投加一定量的Fe2+或Fe3+,可以强化生物脱氮效果。而铁作为一种活泼金属,向生物反应器中投加Fe0时,不仅可以起到生物铁的作用,同时可大大提高脱氮效果。海绵铁是Fe0含量极高的多孔物质,可以很好的与活性污泥结合而形成生物海绵铁体系（BSIS）,铁离子的产生对BSIS作用的发挥起着重要的影响作用,而铁投加量又是铁离子产生量的直接影响因素。因此本论文以模拟生活污水为研究对象,平行启动了铁投加量分别为0、45、90、135g/L的SBR反应器,比较了各体系的降解有机物及脱氮能力,测定了运行稳定的各体系中脱氮菌的数量;在实际的污水处理构筑物中,微生物可能由于进水量的周期性波动而面临暂时的营养物质缺乏环境,因此考察了在好氧饥饿条件下,铁投加量对脱氮性能、硝化细菌活性的影响;采用高通量技术分析了普通活性污泥体系与铁投加量为45g/L生物海绵铁体系从启动到运行稳定时微生物群落结构的变化,揭示了铁与微生物协同作用下的同步硝化反硝化作用特征,为该方法的工程化应用奠定了基础。主要研究结果如下:（1）海绵铁投加量不同时,CODCr的降解能力差异较小,各体系的CODCr去除率均可达95%以上,含铁量0、45、90、135g/L的活性污泥系统对NH4+-N的去除率分别为98.21%、98.76%、99.05%、98.79%,NO2--N的出水浓度基本都为0.00mg/L,说明海绵铁投加量对CODCr、NH4+-N、NO2--N的降解影响不大。各反应器对TN的去除率分别为43.72%、50.99%、62.53%、56.89%,说明海绵铁的介入明显促进了反硝化作用,从而提高了TN去除率,其中含铁量为90g/L时作用最显著。测定了运行稳定的各反应器在一个周期内NH4+-N、NO2--N、NO3--N浓度的变化,发现微生物与海绵铁的协同作用加快了反应器对NH4+-N、NO2--N、NO3--N的去除速率,提高了反应器的抗冲击负荷能力,其中铁投加量为90g/L时去除作用最强。（2）对各体系在7d好氧饥饿期及7d恢复期中脱氮效果进行了探究。研究发现:好氧饥饿对CODCr的降解作用影响较小,恢复进水第1d,与普通活性污泥系统相比,含铁量45、90、135g/L活性污泥系统NH4+-N去除率分别提高2.02%、4.04%、2.69%,亚硝氮累积率下降了7.48%、8.57%、8.12%,NO3--N出水浓度下降了3.03mg/L、6.04mg/L、4.25mg/L。因此,随着含铁量增加,铁对恢复能力的促进作用越大,当含铁量为90g/L时,对恢复能力的促进作用最显著,当含铁量超过90g/L时,对恢复能力的促进作用减弱。（3）对各体系在7d好氧饥饿期及7d恢复期中硝化细菌AOB与NOB活性进行了探究。研究发现:含铁量0、45、90、135g/L的活性污泥系统的AOB的活性衰减速率为0.144、0.129、0.114、0.122d-1,NOB的活性衰减速率为0.157、0.150、0.140、0.143d-1,说明NOB活性衰减速率大于AOB,且随着含铁量增加,硝化细菌衰减速率减小,当含铁量为90g/L时,衰减速率最小,当含铁量超过90g/L时,衰减速率略有增加。AOB活性恢复速率为0.087、0.092、0.100、0.098d-1,NOB活性恢复速率为0.091、0.105、0.121、0.117d-1,NOB的活性恢复速率大于AOB,所以各反应器在第7d时亚硝酸盐累积现象消失。在恢复初期,AOB的活性恢复速率大于NOB,所以在恢复初期出现了亚硝氮累积现象。随着含铁量增加,硝化细菌恢复速率增加,当含铁量为90g/L时,恢复速率最大,当含铁量超过90g/L时,衰减速率略有下降。硝化细菌的活性没有恢复到实验前的水平,说明微生物活性的恢复要比系统脱氮能力的恢复要慢。（4）测定了运行稳定的海绵铁投加量分别为0、45、90、135g/L体系中脱氮菌的数量。氨氧化菌的数量分别为9.5*103、11.5*103、16.5*103、13.0*103个/mL,硝酸菌的数量分别为5.5*104、6.2*104、13.0*104、9.5*104个/mL,反硝化菌的数量分别为2.0*104、3.0*104、20.0*104、9.5*104个/m L。从数据可知,生物海绵铁体系中脱氮菌的数量均高于普通活性污泥体系,其中铁投加量为90g/L时最高,说明海绵铁促进了系统中微生物的生长,从而提高了脱氮效果,而当投加量过多时促进作用减弱。（5）反应器初始污泥中微生物丰富度和多样性最高,生物海绵铁体系次之,普通活性污泥最低。在门水平上,各样品的优势菌门相同,但占比有所变化,其中变形菌门占比最多,在初始污泥中为46.91%,在普通活性污泥和生物海绵铁体系中占比较初始污泥提高了21.71%和31.91%。在属水平上,Haliangium占比最高,在生物海绵铁体系中的含量为27.64%,较普通活性污泥体系提高了26.58%,与脱氮有关的优势菌属在普通活性污泥和生物海绵铁体系中的占比分别为43.13%、57.23%,这为生物海绵铁体系脱氮效果更好提供了有力证据。