传统生物脱氮技术存在着工艺复杂、能耗相对较大、需大量投加外加碳源等缺点,而同步硝化反硝化（SND）过程相比较而言具有处理效果好、能耗低等优点,不过,该处理过程中往往会产生大量气体氧化亚氮（N₂O）。N₂O作为一种重要的温室气体,污水生物脱氮过程是其重要人为释放途径,该过程释放的N₂O量最高占全球N₂O释放总量的四分之一。作为一种重要的温室气体,N₂O大量排放势必会引起全球气温的升高,与此同时,N₂O大量排放也会间接导致酸雨的形成、还会引发臭氧层空洞等一系列的环境问题。由此看来,积极研究SND过程的作用机制及N₂O的释放机理、释放途径具有着重要的现实意义。本论文通过控制溶解氧在较低的水平,并通过调节反应条件以实现了同步硝化反硝化过程,分析了该反应过程中去除污染物的情况,进一步明确了各种污染物在系统内的存在状态的变化,探寻同步硝化反硝化过程中N₂O形成的作用机理,并通过高通量测序方法,明确了SND过程N₂O释放的主要微生物种的群演替过程;通过改变进水,探求不同磷浓度对SND处理效果及N₂O释放的影响。获得了如下研究结果:（1）在同步硝化反硝化过程实现了较高的总氮、总磷的去除率,分别为73%与90%,但同时也促进了N₂O释放。且N₂O释放过程主要发生于曝气阶段。在低C/N比条件下,反硝化菌利用胞内储存的有机物质为碳源进行反硝化,各反硝化酶竞争电子供体,导致N₂O的积累和大量释放。（2）通过高通量测序分析与N₂O释放相关的微生物群落结构,微生物驯化过程中,PAO逐渐富集并成为其中的优势种。整个过程中AOB含量并不高,不过在驯化初期,厌氧氨氧化细菌数量可观,是群落结构中重要的组成部分,在同步硝化反硝化过程中有不可或缺的作用。（3）高磷进水负荷下,提高TN和TP的去除率的同时,也减少了N₂O的释放。由于该条件下,相关微生物利用PHB作为碳源实现反硝化作用,从一定程度上减缓各种反硝化酶对于反应中能提供电子的物质的激烈的争夺。聚磷菌在较高的磷浓度下容易被大量富集,这也是N₂O的释放量降低的重要条件。