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中国北方地区村镇污水处理技术滞后,尤其低温期污水处理效果不佳、出水多项指标难以达标。曝气生物滤池（BAF）是一种高效的生物膜污水处理技术,具有投资运行费用低、占地面积小和处理效果好等优点,非常适合村镇污水处理,但其脱氮效能受各种条件影响而不稳定,且传统生物除磷出水难以达标。本文旨在低温条件下（1015℃）通过对比具有复合填料体系（陶粒和沸石）的BAF-A反应器与增加了富铁填料的BAF-B反应器,进行脱氮除磷效能与微生物多样性研究。试验首先对比研究两套反应器低温挂膜启动过程和对污染物的去除效能及其影响因素,以优选工艺参数,其次探究了BAF-B反应器内污染物沿程变化规律,最后分析了低温下污染物去除效能及微生物群落多样性变化。两套反应器低温运行37d后,COD的去除率稳定至80%以上,NH4+-N去除率稳定在60%左右,认为挂膜启动基本完成。选取富铁填料高度（40、60、80、100cm）、水力负荷（0.25、0.50、0.75、1.00、1.25m3/（m2·h））、回流比（0、100%）进行污染物去除效能对比,继而确定较优工艺参数:水力负荷0.50m3/（m2·h）、回流比100%、气水比10:1和富铁填料高度80cm。水温14.0℃时,BAF-B反应器对COD、NH4+-N、TN、TP和SS去除率分别可达到84.08%、96.84%、45.97%、97.52%和98.14%,且出水COD、NH4+-N、TP和SS浓度均达到一级A排放标准,特别对TN和TP的去除效果与BAF-A反应器相比有明显的提升,分别提高了10.86%和51.70%。沿水流方向,SS的去除主要集中在厌氧柱内0.00.3m和好氧柱内2.02.3m填料层处;COD在好氧柱中上段和前端滤柱部分的去除效果明显;缺氧柱内TN、NO3-N和NO2-N浓度减小,NH4+-N浓度变化不大,而在好氧柱中极少量的TN可被去除,NH4+-N、NO2-N浓度呈下降趋势,NO3-N的浓度逐渐增大;TP浓度在富铁填料滤柱内下降最为明显;BAF-B反应器内p H值总体呈先增大后减小的趋势。温度由14℃降低至10℃,BAF-A反应器对COD、NH4+-N、TN、TP和SS去除效果分别下降了6.72%、10.60%、1.33%、13.92%和1.44%;尽管BAF-B反应器处理效果较好,但也分别下降了7.35%、11.60%、9.49%、9.20%和4.55%。分别在温度14℃、12℃下对AL14、BL14、AL12和BL12四个样品进行硝化细菌群落多样性分析,获得2门、3纲、4目、4科、6属、12种、25个OTU。样品OTU丰度排序为:BL14>AL12>AL14>BL12;群落多样性为:AL14>AL12>BL14>BL12。富铁填料对物种总数影响不大,但硝化细菌多样性有所降低,而温度下降使物种总数和多样性均出现减少。检测8个样品得到细菌、古菌群落28门、59纲、110目、196科、334属、502种、794个OTU。古菌多样性仅检测出广古菌门的甲烷鬃菌属,分布在AM14、BM14和AM12三个样品中。细菌菌群丰度由高到低顺序为:AM12、BM12、BU14、AU14、AL14、BM14、AM14和BL14;细菌群落多样性由高到低的顺序为:AM12、AU14、BM14、BL14、BU14、AM14、BM12和AL14。表明反应器沿水流方向上不同滤层高度的细菌群落结构及多样性均发生了一定的变化,且富铁填料使得物种总数和细菌群落的多样性有所增加,温度降低使物种丰度有所降低,而细菌群落的多样性却有所增加。通过OTU聚类和不同水平的分类学分析,可见两套反应器好氧柱上部的以去除有机物类微生物数目较多,而下部以参与硝化反应的物种数量较多;富铁填料主要使硝化、反硝化等脱氮类微生物的丰度增加,而对以降解有机物为主的微生物的丰度变化有正反两个方向;温度降低对以降解有机物为主,硝化、反硝化等脱氮类微生物的微生物的丰度变化均有正反两个方向,总体上来说反方向的仍占大多数;温度的变化和富铁填料的使用两者耦合作用对各功能微生物的影响与前述分析结果类似。此外,冗余分析可得出与环境因子呈显著正相关的门类:SHA-109与TP,Gracilibacteria与TN、TP,Microgenomates与NH4+-N、COD、TN,放线菌门与TN、TP,疣微菌门与TN、TP,厚壁菌门与SS,Hydrogenedentes门与TP;而呈显著负相关的有:硝化螺旋菌门与TN、TP,衣原体与NH4+-N。