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随着水体氮污染的加剧和污染治理出水水质标准的提高，废水脱氮技术提升迫在眉睫。反硝化污泥颗粒化技术具有处理效率高、设备小、前景好等优点，但仍存在颗粒污泥不稳定问题。本课题立足于USB反应器内反硝化颗粒污泥的培养，研究了成熟颗粒污泥的污染物去除能力和物理化学特性，并借助电子显微技术分析其微生物结构；通过调控碳氮比值、水力和污染物负荷等，以反应器的污染物去除能力和颗粒污泥特性为评价指标，确定了反应器稳定运行最优条件，并运用五种基质去除动力学模型探讨适合USB反应器内反硝化颗粒污泥的污染物去除动力学的最佳模型；通过研究、讨论颗粒污泥形成过程中污泥的金属元素含量和EPS及组分含量变化规律，并借助传统微生物分离方法和分子生物学鉴定手段，分别从物理化学作用方面和微生物群落结构方面探讨反硝化颗粒污泥的形成机理。结论如下：1)成熟颗粒污泥VSS/SS比值0.34，沉降速率186-217m/h，粒径1-5mm，湿密度为1.0965g/cm3；颗粒污泥表面主要为被大量丝状物包裹、缠绕的杆菌。2)碳氮比为4为最优碳氮比；Grau二级动力学模型适合模拟USB反应器的运行；控制一定的上升流速有助于提高颗粒污泥的性能和稳定性。3)颗粒污泥形成过程中，污泥的物理化学特性发生了变化。污泥的MLSS含量由25.4g/L提高到47.7g/L，VSS/SS值下降后平缓；EPS含量为接种污泥的1.3倍，EPS中蛋白质/多糖比由6:1升高到17:1；Ca元素含量增加1.6倍；颗粒污泥优势菌种为苍白杆菌属GX-1、芽孢杆菌属GX-2反硝化细菌和Fusarium oxysporum属真菌fungi-1。4)反硝化颗粒污泥的形成过程可以分为迁移和可逆性吸附阶段、不可逆粘附阶段、微生物聚集阶段、增殖阶段和成熟阶段五个阶段。在迁移和可逆性吸附阶段，外部的物理化学作用力促使细胞相互碰撞迁移，EPS为细胞间的吸附提供吸附位点和面积，Ca2+沉淀物形成无机结核；不可逆粘附阶段，EPS交叉连接微生物细胞，而钙离子通过与负电荷物质结合和增强EPS三维立体结构来促进细胞与基质间发生不可逆粘附；微生物聚集阶段，EPS和Ca的作用继续增强，真菌Fusarium oxysporumfungi-1为聚集体提供附着平台和骨架结构，增强了聚集体的扩增和稳定性；增殖阶段，真菌和细菌共代谢，提高物质传递和能源利用率，加速聚集体生长；成熟阶段，外部物理化学作用力控制颗粒增长，EPS和钙沉淀物增强颗粒强度和沉降性能，真菌和细菌共代谢平衡。