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为提高城镇污水处理厂出水水质标准,并控制水体富营养化,以硫自养反硝化和化学沉淀除磷理论为基础,将硫磺（S0）和不同铁硫矿石(FeS、Fe1-xS、FeS2)分别组合构成升流式复合硫基质填充床反应器以深度处理二级出水中的N和P,分别是B1（S0+FeS）、B2(S0+Fe1-xS)、B3（S0+FeS2）。主要研究了三个反应器的启动特性,考察运行参数HRT和不同进水NO3--N浓度对体系的影响,结合高通量测序研究系统内微生物信息,分析N、P的转化过程,处理实际二级出水以进一步考察该技术的实用性,主要研究成果如下:（1）在进水NO3--N和PO43--P分别为20和0.5mg/L、HRT为6h的连续进水条件下运行三个反应器,B1、B2和B3分别在40d、20d、40d后启动成功,且表现出稳定地同步除N、P的能力,NO3--N的去除率稳定在34.22%、63.11%和27.03%左右,出水PO43--P分别为0.18、0.09和0.26mg/L。（2）反应器HRT越长,即反应时间越充足,出水NO3--N和PO43--P含量越低。B1、B2和B3的最适HRT分别为12h、12h、9h,此时,B1、B2、B3均能完全去除20 mgNO3--N/L,出水无NO2--N和NH4+-N积累,进水PO43--P为0.5mg/L,B1、B2、B3出水PO43--P分别为0.11、0.02、0.5mg/L左右,B3无明显除P效果。（3）不断提升进水NO3--N浓度,受生物量限制或传质速率限制,各反应器的NO3--N去除逐渐饱和,B1、B2、B3的最大NO3--N去除量分别为31.50、39.31、63.00mg/d,对应最大NO3--N去除负荷分别为0.047、0.057、0.094kg/（m3?d）。PO43-主要通过与生物、化学氧化产生的Fe3+形成沉淀以及被Fe（OH）3吸附络合而去除,随着N去除负荷增加,除P作用增强。由于Fe1-xS自身氧化活性强且铁元素含量高,B2出水PO43--P始终低于0.02mg/L,而B1、B3出水PO43--P自N去除量达到饱和后,分别降至0.06、0.09mg/L,但B3出水PO43--P含量会突然大幅增高并超出进水,同步除P波动大。（4）模拟污水处理阶段,拟合发现NO3--N还原符合1/2级反应动力学模型,即NO3-从溶液透过生物膜并扩散至硫基质表面为反应限制性步骤。此外,复合硫基质体系有效弥补了单质硫自养反硝化（SAD）SO42-生成量和碱度消耗量过高的弊端,其中实际出水SO42-均低于同等NO3--N去除量条件下的SAD理论值,而pH值均稳定在6.10以上,无需补充碱度,同时促进了铁硫矿石反硝化速率。（5）各复合硫基质体系中,Proteobacteria为主导菌门,Thiobacillus和Ferritrophicum和为优势菌属,前者为常见硫自养反硝化菌,可以硫基质为电子供体还原NO3-为N2,后者为铁氧化菌,将Fe2+氧化成Fe3+,可促进PO43-沉淀。HRT阶段B1、B2和B3中Thiobacillus和Ferritrophicum占比分别为16.07%、30.07%、30.20%和31.24%、50.19%、11.62%;提升进水NO3--N浓度后,二者占比变化显著,B1、B2和B3中Thiobacillus和Ferritrophicum占比分别为41.39%、35.60%、10.56%和35.75%、35.90%、29.00%,同时颗粒表面的生物量电镜观察也表现出FeS>Fe1-xS>FeS2,与菌属丰度大小的结果一致。此外,各体系均含少量异养反硝化菌,而B3在进水NO3--N阶段的厌氧发酵菌Anaerolineaceae和异养反硝化菌Denitratisoma丰度分别为7.16%和11.59%,远高于B1和B2,有助于提高B3的N去除。（6）反应器处理实际二级出水也表现出较好的N、P去除效果。污水厂出水NO3--N分别为42.39、16.58mg/L时,B1、B2、B3的出水NO3--N分别为30.41、25.24、21.12mg/L和6.46、0.61、0.54mg/L。污水厂出水PO43--P始终在0.5mg/L左右,B1、B2同步除P性能非常稳定,出水PO43--P分别为0.06、0.02mg/L左右,而B3出水PO43--P变化幅度大。（7）针对二级出水深度处理,复合硫基质自养反硝化协同除磷具有技术可行性,并促进了生物氧化利用传统铁硫矿石。相同运行条件下,反应器的脱N性能为B3>B2>B1,协同除P性能为B2>B1>B3,即B1和B2可用于低浓度N、P污水的同步去除并达到IV类地表水标准,而B3可用于高含量N的达标排放。