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同时产甲烷反硝化耦合工艺(SMD)是在传统厌氧-缺氧-好氧组合生物处理的基础上发展起来的一种新型脱碳除氮工艺。膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器由于其污泥产量少,处理效率高,占地面积少和运行负荷高而广泛运用,但厌氧生物处理工艺条件影响因素较多而难以控制,并且在单一EGSB反应器内SMD耦合工艺影响因素及其微生物群落结构目前不是非常明朗。本文主要从接种污泥、碳源、碳氮比和硝态氮负荷四个工艺条件对单一EGSB反应器内SMD耦合工艺性能探究,并通过高通量测序和宏基因组技术对其微生物菌群和功能基因的分布进行分析,结果如下:1)利用EGSB反应器研究了两种不同接种污泥对其SMD耦合工艺启动的影响以及对应微生物群落结构与功能基因。结果表明:两种接种污泥均启动成功,其硝态氮的去除率均达到98.6%,有机物COD的去除率在70%左右,但出水中的亚硝酸氮与氨氮的累积不同,同时与EGSB反应器产气量的效果来看,认为采取使用厌氧消化污泥接种启动效果对EGSB反应器SMD耦合工艺较好;经过高通量测序分析可知:以好氧活性污泥接种反应器启动后其优势菌门分别是Proteobacteria,Firmicutes,Euryarchaeota,Spirochaetes;在属水平上反硝化菌Bacteroides相对丰度最高,达到5.0436%,并且产甲烷菌Methanobacterium相对丰度由0.0667%增加至0.8706%;以厌氧消化污泥接种的EGSB反应器启动后,其微生物在门水平上Proteobacteria,Firmicutes,Cloacimonetes,Spirochaetes相对丰度显著增加,在属水平,反硝化菌Bacteroides相对丰度由0.0852%上升至4.106%,且产甲烷菌Methanobacterium相对丰度由0.1521%上升至1.178%;此外,宏基因组分析发现,以厌氧消化污泥接种反应器启动前后其反硝化和产甲烷功能基因中nap A和nar G功能基因分布最多。2)分别以葡萄糖、乳糖、甲酸钠、乙酸钠和丙酸钠为碳源研究了其对EGSB反应器SMD工艺的影响,结果表明:以乙酸钠为碳源的效果最好,虽然运行时五种碳源的COD和NO3--N的降解率均在85%和99.5%以上,但出水中亚硝酸盐氮与氨氮累积区别较大,当以乙酸钠作为碳源时,出水中亚硝酸盐氮累积量最少、氨氮浓度最低,其中亚硝酸盐氮最大浓度为0.0212 mg/L,氨氮浓度低于10 mg/L;高通量测序与宏基因组学分析可知:当乙酸钠为碳源时,反硝化优势菌属为:Pseudomonas,Thauera,unidentified＿Spirochaetaceae,Bacteroides,AUTHM297,Petrimonas,vadin BC27＿wastewater-sludge＿group,产甲烷优势菌种为Methanobacterium,Methanosaeta,Methanoregula。3)研究了三种不同碳氮比对EGSB反应器SMD耦合工艺性能的变化和微生物群落结构优势菌种的分布。结果表明:碳氮比对出水中氨氮浓度影响较大,当进水碳氮比最大(即为23.85)时,其出水中氨氮的浓度最低,而对COD、硝酸盐氮的去除率分别在84.57%左右与97.90%以上。经过高通量测序分析发现:在样品XH,XH3,XH4,XH5中其优势菌门为Proteobacteria(22.57%-46.95%),Bacteroidetes(11.57%-23.77%),Cloacimonetes(0.04%-18.15%)和Thermotogae(0.0003%-11.15%);而广古菌门Euryarchaeota其相对丰度分别为0.7%,4.68%,3.58%,2.64%,其对应优势菌属依次为Sulfuritalea(2.73%),Enterobacter(15.86%),AUTHM297(11.10%),Dechloromonas(13.97%)。而产甲烷起主要作用的菌属是Methanobacterium;宏基因组学分析可知:nap A,nar G,nir K,nir S,nor B,nos Z六种反硝化功能基因在XH3样品中丰度分布含量依次为:253.47 ppm,148.09 ppm,37.88 ppm,24.42 ppm,26.77 ppm,17.24 ppm;产甲烷功能基因mcr A在XH样品中丰度最低,在样品XH3中丰度最高,达到8.34 ppm。4)研究了进水中硝态氮容积负荷(0.93-3.5(kg/m3·d))对EGSB反应器SMD工艺影响及其微生物群落。结果表明:随着硝态氮容积负荷的增加,COD的降解率呈现缓慢降低,并且产气量也随着硝态氮负荷的增大而轻微减少,得出硝态氮负荷为0.93-1.45 kg/m3·d,效果最好。高通量测序分析表明:各样品中优势菌门主要是Proteobacteria,其次为Firmicutes,Bacteroidetes,Lgnavibacteriae,Actinobacteriae,Euryarchaeota,Synergistetes,Chloroflexi,Gemmatimonadetes和其他菌门。其中随着硝态氮的容积负荷从0.93-3.5 kg/m3·d依次增加,Proteobacteria相对丰度从76.17%降低到51.32%,Bacteroidetes呈现逐渐下降的趋势,Firmicutes相对丰度从7.88%增加到39.99%。BY18样品在属水平上的优势菌种为Pseudomonas,Halomonas,Thauera,Luteimonas,vadin BC27＿wastewater-sludge＿group,还有产甲烷菌属Methanobacterium。而宏基因组分析发现:反硝化功能基因在样品BY18中分布最丰富,产甲烷功能基因mcr A丰度分布随着硝态氮容积负荷增加而逐渐增多。