市政污水处理厂尾水是重要的非常规水资源,但因其营养盐水平相对较高,易导致受纳水体富营养化。本研究针对市政污水处理厂外排水硝态氮含量高,碳氮比低等问题,建立了基于硫自养反硝化生物脱氮过程的生物滤池反应系统,开展了现场中试运行实验,系统评价了低温条件下系统的运行效能,探讨了反应体系中微生物的种群结构、脱氮功能基因的拷贝丰度与脱氮效果的关系,主要研究成果如下:构建了硫磺:沸石:石灰石:火山岩体积比为3:3:1:1小试和现场中试硫自养反硝化生物滤池（高径比1.5:1,填料1200 mm,有效容积1100 L）。小试运行结果表明,在进水NO₃^--N为15-45 mg/L,20℃左右,水力停留时间（Hydraulic retention time,HRT）为3 h的条件下,NO₃^--N去除率均在90%以上。但曝气强度影响脱氮效果,当气水比为1:1条件下,NO₃^--N去除率相对于不曝气时的93.72%降至45.42%。此外,研究发现外加有机碳源对硫自养体系运行效能有显著影响,在甲醇投加量分别为12、24、36 mg/L的条件下,体系NO₃^--N去除率分别为85.66%、95.96%和98.64%,异养脱氮比例由10.6%升至31.5%,说明了自养和异养反硝化脱氮的协同作用,提高碳源投加量有效提高反硝化作用。提出了硫自养反硝化脱氮系统低温条件下长期稳定运行的工艺参数。现场中试硫自养反硝化生物滤池在19.2-16.9℃,HRT 3 h时,TN和NO₃^--N去除率分别为70.55%和74.16%;当在14.5-10.5℃,HRT 6 h时,TN和NO₃^--N去除率为53.7%和52.4%;在6.7-9.8℃,HRT 9 h条件下,TN和NO₃^--N去除率为81.08%和85.29%。根据SO₄^2-的理论值和实测值的差异对比,计算出不同条件下自养反硝化脱氮过程对NO₃^--N去除的贡献率分别为78.4%、83.7%和67.3%,表明异养和自养反硝化脱氮过程同步发生且具有协同作用。进一步揭示了不同条件下硫自养反硝化脱氮体系中微生物菌群的协同作用和功能基因表达。Proteobacteria和Chloroflexi为主要菌门,Thiobacillus和Ferritrophicum为典型功能菌属。此外,Thiobacillus是硫自养反硝化作用的主要功能菌群,其丰度随反应器高度从下到上先降低后升高;而Ferritrophicum是此系统中促进自养反硝化作用的重要功能菌,其丰度沿程逐步升高;功能基因nir S和nos Z在反硝化过程中具有更明显的响应和拷贝丰度。