水体中氮磷元素的超标,导致了富营养化等问题。传统的脱氮除磷工艺已无法满足日趋严格的排放标准。近年来,由于反硝化除磷技术解决了碳源竞争及泥龄矛盾问题,且具有碳源需求少、曝气量小、排泥量小等优点得到了广泛的关注。但现有的反硝化除磷工艺存在占地面积大、控制复杂、基建费用高等问题,因此一种经济高效的低碳源脱氮除磷工艺的开发对城市污水处理具有重要的意义。本试验以生物滤池为依托,采用投加硝酸盐的方式在稳定运行的生物滤池中诱导富集反硝化除磷菌(Denitrifying Phosphorous Bacteria,DPB),通过交替曝气的方式在滤池中营造适宜DPB生长富集的厌氧/缺氧/好氧交替的环境,成功构建反硝化除磷生物膜系统。对系统的废水处理效能、反硝化除磷特性进行了考察,揭示其脱氮除磷机理;对系统进水参数进行了优化,进一步提高了系统的除磷效率;利用高通量测序法对系统各阶段的微生物的菌群结构进行研究,对系统中的微生物的多样性及相似性进行了分析,探讨了系统中微生物群落的演替规律,为反硝化除磷工艺理论研究提供了新的参考思路。研究结果表明,DPB在反硝化除磷生物膜系统中富集完成时间为60天。DPB诱导富集完成后,系统对氨氮、磷、硝态氮平均去除率分别为100%、65.99%和98.35%。缺氧段的聚磷量占系统总聚磷量的90.89%;DPB占系统总聚磷菌的比例为84%。通过对系统生物膜直接染色,观测生物膜细胞的聚-β-羟基丁酸盐(Poly-β-Hydroxybutyrate,PHB)和Poly-P颗粒的变化,进一步证实了在系统中起主要除磷作用为缺氧阶段进行的反硝化除磷过程。反硝化除磷生物膜系统最优进水参数为氨氮10mg/L、磷12mg/L、外碳源CODCr350mg/L。在系统稳定运行期间,其氨氮和磷平均去除率分别为100%和85.19%,缺氧硝态氮去除率为100%,期间无亚硝态氮积累现象。进水参数优化后,系统仍具有良好的氨氧化能力,除磷能力显著提升。通过镜检可知,系统各阶段均呈现出完整生物相,球菌、杆菌等原核微生物和原后生动物等真核微生物共存于系统中,在系统中发挥了稳固的水处理作用。对系统各阶段生物膜样品的多样性分析可知,生物滤池生物膜样品群落内各菌种分布最均匀,多样性最高。DPB诱导富集初期(20d)多样性较低,DPB诱导富集完成后(70d)生物群落多样性较高,但仍低于生物滤池。系统各阶段微生物菌群差异性比较表明,反硝化除磷生物膜系统构建过程中各阶段的微生物群落结构之间均存在一定的差异。同时聚类分析还显示,DPB诱导富集初期(20d)和DPB诱导富集完成后(70d)分别属于不同的聚类分支,这反映了在DPB诱导富集初期(20d)和DPB诱导富集完成后(70d)的微生物群落结构有明显差异。DPB富集完成的反硝化除磷生物膜系统的主导菌群分析结果表明,在“门”分类级别上的主导菌群为变形菌门(Proteobacteria),接种污泥中变形菌门(Proteobacteria)比例为34.19%,经过驯化后在系统中比例增至58.64%,其中β-变形杆菌(Betaproteobacteria)比例由4.74%增至19.93%。在“目”分类级别上,伯克氏菌目(Burkholderiales)、气单胞菌目(Aeromonadales)、红环菌目(Rhodocyclales)、黄单胞菌目(Xanthomonadales)成为反硝化除磷生物膜系统中的主导菌。DPB富集完成的反硝化除磷生物膜系统中,气单胞菌属(Aeromonas)所占的比例由接种污泥中的0.41%增长至3.66%,为系统主导的优势菌群,协同假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)、固氮弓菌属(Propionivibrio、Dechloromonas)、生丝微菌属(Hyphomicrobium)、莫拉氏菌属(Moraxella)、肠杆菌属(Enterobacter)、氨基杆菌属(Aminobacter)、陶厄氏菌属(Thauera)、芽孢杆菌属(Bacillus)在反硝化除磷生物膜系统中利用硝态氮为电子受体进行吸磷,对氮磷的去除起到重要的作用。长期运行结果表明,系统出水水质稳定,基本实现了对氮磷的同步去除,为新型脱氮除磷工艺研究提供了技术参考。