氮（N）、磷（P）元素超标排放是造成水生态问题的主要原因。其中磷作为富营养化的限制性因素,又是一种不可再生资源,从污水厂富集并回收磷资源切实可行。为此,本研究采用厌氧/好氧交替附着生长生物脱氮蓄磷-碳源调控回收磷系统（Biofilm Bio-Nutrient removal Carbon source regulated Phosphorus Removal,BBNR-CPR）,进行生物脱氮同时蓄积磷,通过周期性引入高浓度外加碳源从而在低C/N比和低温的条件下实现良好的脱氮除磷效率,并最终达成磷回收的目的。本研究综合水质监测、生物膜表征以及宏基因组测序等研究手段,对低温下反应器脱氮除磷效果和生物样本的群落结构及优势菌群的功能基因分布进行了分析,主要结果如下所示:（1）BBNR-CPR系统通过转变运行模式、增加氮负荷、提高补充碳源浓度以及加装控温装置等手段,可以有效实现从常温向低温过度,实现低温高硫条件下稳定的脱氮除磷和磷回收效果。将系统运行模式从A/O/A（厌氧/好氧/缺氧）转为A/O（厌氧/好氧）,好氧内循环比由150%增至200%,增加氮负荷至到0.176 kg/（m~3·d）,并将磷回收中的补充碳源（丙酸钠COD当量）浓度从800 mg·L-1提高至1200 mg·L-1。最终,BBNR-CPR系统在低温运行期间（5-15℃）的氨氮平均去除率达90%,总氮的平均去除率达到71.3%,平均氮去除负荷为0.105 kg/（m~3·d）。且进入低温稳定阶段,系统对磷的去除与回收效果也达到最佳状态,磷的平均去除率高达98%,平均磷回收率为34.5%。（2）BBNR-CPR系统在低温蓄磷阶段对碳、氮、磷以及硫等元素的贮存与去除显现耦合循环的规律性:在单个完整厌氧/好氧运行周期内,硫酸根则作为电子传递的中间体参与氮磷的转化与去除过程,在厌氧与好氧阶段存在明显的还原与氧化现象;而在蓄磷第1至6天厌氧脱硫的效率从27.7%降至7.3%,而好氧释硫效率则从14.11%升到20.98%。同时发现生物膜紧密层胞外聚合物（Tightly Bound Extracellular Polymeric Substances,TB-EPS）在蓄磷阶段后三天多糖类物质含量明显减少;而聚羟基丁酸酯（Polyhydroxybutyrate,PHB）在聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates,PHA）中占比最高,在蓄磷周期中逐渐减少且消耗量最大。（3）BBNR-CPR系统在低温稳定运行阶段,分别在蓄磷的第3、6天提取生物膜样本并用生物电镜进行表征观察。在扫描电子显微镜（SEM）下观察到生物膜表面有大量的杆状弧状菌,经孔雀绿染色发现黑色异染粒为聚磷（poly-P）,初步怀疑是能同时进行聚磷与聚硫的丝状菌属。利用透射电子显微镜（TEM）结合能谱法（EDX）对生物膜进行形貌观察与元素分析,发现细胞内富集并贮存大量的PHA,且P、S元素的分布几乎可以重叠覆盖,进一步推出混合菌群胞内形成了聚磷硫颗粒,而第三天和第六天样本细胞中P/S的比例从0.48提高到3.11,这与蓄磷周期中硫与磷出水浓度变化的趋势相吻合,进一步证明了磷硫耦合反应的现象。（4）当BBNR-CPR系统低温稳定运行时,取生物膜样品,利用宏基因组手段研究蓄磷周期不同阶段的菌群结构、功能贡献度和关键代谢路径的变化规律。发现蓄磷第一天,在属水平上,Thiothrix相对丰度占菌群的22.56%,到蓄磷末段丰度仅有0.185%,Thiothrix参与了整个蓄磷-磷回收周期菌群的功能代谢,特别与磷、硫的生物转化关系密切。进一步注释参与生物磷、硫循环的几种关键酶和基因,发现BBNR-CPR系统中能同时进行磷、硫转化的功能菌群除了硫氧化菌Thiothrix,还有Accumulibacter和Dechloromonas等传统聚磷菌。