近年来,我国城镇污水厂出水氮含量排放标准愈发严格,由于我国城镇污水存在碳氮比低的特点,现行的脱氮处理工艺需要投加大量的碳源,有着运行成本高、设备维护复杂、反硝化速率低、易造成二次污染等缺点。所以,寻求一种高效、节能、低成本的污水深度脱氮工艺成为目前城镇污水需要解决的重要问题。本研究针对现行污水厂二级出水碳氮比低,可生化性差等缺点,以污水厂二级出水为目标水体,对农业废弃物玉米芯和工业硫磺进行资源化利用,分别构建以玉米芯、硫磺、玉米芯-硫磺为填料的填充床反硝化系统。考察其在不同营养类型条件下的脱氮效能,以期为污水的深度脱氮提供理论依据,主要研究成果如下:缓释碳源的选择与预处理探究。玉米芯结构复杂,将玉米芯经过不同的酸、碱、热预处理后,对比不同预处理方式下其长期脱氮效果。静态实验、SEM、FTIR红外光谱表征证明了经过碱预处理的玉米芯内部孔隙结构多、孔隙率大,适宜微生物附着生长,并且可以维持长期的脱氮效果,为可供选择的缓释碳源。考察了分别以玉米芯和硫磺以及玉米芯-硫磺复合填料为电子供体的反硝化反应器脱氮效能。通过改变水力停留时间、进水硝态氮负荷和温度等运行参数,探究其最佳的工艺运行条件。研究发现,以固体碳源玉米芯的异养反硝化反应器最佳运行条件为HRT=3h,在此条件下,对于NO3--N的去除率为81.35%,NO2--N的积累量为0.05mg/L。以硫磺为电子供体的自养反硝化反应器最佳HRT为1h,在此条件下,对于NO3--N的去除率为95.31%,NO2--N的积累量为0.02mg/L。以玉米芯-硫磺为填料的混养反硝化反应器运行的最佳HRT=1.5h,出水硝态氮浓度最低为0.31mg/L,去除率达到98.62%,出水亚硝态氮、氨氮积累量为0.03mg/L、0.71mg/L。出水硫酸盐浓度为72.4mg/L。三种反应器脱氮效率均随着进水硝态氮负荷的降低而升高,随着温度的降低反硝化速率下降。通过高通量测序分析结果可知,混合营养型的反应器内物种群落结构最为丰富。异养、自养、混养组的优势菌属分别为Thauera、Thiobacillus和Buttiauxella等异养和自养反硝化菌属。不同填料由于其结构和功能的不同,富集的微生物菌群差异性较大。相比于单一电子供体的异养或自养反硝化,玉米芯-硫磺混养反硝化的微生物丰度较高,并且同时产生了Desulfovibrio等硫酸盐还原菌,可以起到同步脱氮脱硫的作用,减少反应副产物硫酸盐的生成。