随着国家出台了对氮、磷等污染指标要求越来越严格的污水综合排放标准,对城市污水处理厂的脱氮工艺也就相应提出了更高的要求。在这一过程中,“固定膜--活性污泥”(IFAS)复合系统因其高效的脱氮能力而倍受青睐。上海市奉贤区排水运行管理中心运用IFAS工艺对南桥镇生活污水进行处理,采用倒置AZO工艺,曝气工艺为4个串联的曝气池,其中在二号池和四号池中投加生物膜填料。本研究以中心的IFAS系统为研究对象,运用高通量测序、荧光定量PCR等现代分子生物学技术,在不同季节条件下,对IFAS系统中固定膜附着相、活性污泥悬浮相中的总细菌菌群结构多样性、关键硝化细菌Nitrospira菌属数量及活性进行了连续性监测,从而阐述IFAS系统高效脱氮的介质、场所及机理所在；同时,对系统运行的水质状况进行了各工艺段的连续性检测,以便与分子生物学检测进行相互应征。主要结论如下：(一)系统运行状况系统脱氮效果较好,出水TN.NH4+-N基本可达到或优于一级B排放标准,即使在温度较低的冬季,也体现出不错的脱氮效果,符合IFAS系统的特点,为本实验验证IFAS系统高效脱氮提供了理想的条件。系统去除有机物能力非常强,CODc,去除率大部分时间在90%左右,BOD5去除率均在95%左右,证明系统在有机物去除方面十分有效。(二)总细菌菌群结构及多样性状况1、菌群多样性方面(1)在物种均匀度、物种丰富度两方面,除个别月份外,悬浮相中总细菌分布相较于固定生物膜相总要更均匀且更丰富,证明悬浮污泥相环境状况更为均质,有利于物种丰富度及均匀度的形成。(2)总体上看,2号曝气池生物膜相的物种丰富度及物种多样性均高于4号曝气池。其中,温度较低的冬季,2号曝气池物种丰富度及多样性高于4号曝气池；随着温度的升高,两池中生物膜物种丰富度及多样性逐渐趋于相似；在温度较高夏季,4号曝气池的物种丰度及多样性则要高于2号曝气池。2、群落结构方面(1)门单元下：2号、4号曝气池悬浮污泥相和固定生物膜相上的主要细菌群落组成可归属于44个门,其中含量较多的主要为为：变形菌门(Proteobacteria)占、厚壁菌门(Firmicutes).放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)等。而生物膜相对富集优势物种的效果十分明显。(2)属单元下：2号、4号曝气池固定生物膜和悬浮污泥样品中的菌属共分属于超过250个属,悬浮污泥相中各菌属更丰富且分布更均匀,4号曝气池固定生物膜相上所含菌属最少,证明其环境不利于物种多样性的形成,但对优势物种仍然具有较高的富集能力。此外各样品中铜绿假胞单菌属(Pseudomonas)的数量均最高,在已测得的菌属中所占比例均在50%以上。(三)Nitrospira菌属变化情况1.Nitrospira菌属在所有样品中的物种丰度始终排名前十(丰度≥1%),属于样品中的优势物种。而在本研究较为关注的生物膜样品中,4号池固定生物膜附着相中Nitrospira的占比总是要高于2号曝气池。从变化趋势上看,生物膜样品均呈现Nitrospira占比随温度的上升而下降的趋势。2、两相对比：从总体上看,两池中,附着相Nitrospira细菌数量、活性两方面均总体上高于悬浮相,说明生物膜附着相是Nitrospira的主要生存场所,也是系统硝化反应的关键所在。3、两池对比：在温度较低的冬季,4号池附着相Nitrospira无论在数量还是活性方面都高于2号池,是系统硝化作用的主要场所；而随着温度上升,2、4号池Nitrospira数量及硝化效率都趋于相同,两池都对系统的硝化作用作出重要的贡献。而对于悬浮相,无论在2号池还是4号池,活性污泥悬浮相中Nitrospira细菌既不是系统硝化反应的主要场所,也不是区分2、4号池硝化能力的因素。综合分析可知：在温度较低的季节,影响系统硝化作用的主要场所为4号池中的附着生物膜相,随着温度的升高,2、4号曝气池影响系统硝化作用的重要程度逐渐趋于相同。