近年来,低碳氮比（C/N）水体的反硝化深度脱氮受到了众多研究者的关注,传统的生物脱氮技术在处理低C/N废水时有很大的局限性,因此建立一个高效率低能耗的脱氮工艺具有重要的意义。为探究低C/N水体的脱氮技术,分别以火山岩、火山岩/铁碳填料、火山岩/硫磺、火山岩/铁碳填料/硫磺作为填料,建立4个结构相同的反应器进行对比试验。首先考察反硝化系统在不同C/N的条件下的脱氮效果,对比4个反应器的NO₃^--N去除率,NO₂^--N的累积等情况;然后在不同HRT、系统温度、进水pH、初始NO₃^--N浓度以及高负荷（HRT=0.5 h）条件下不同C/N条件下,观察硫自养-异养反硝化系统和硫铁自养-异养反硝化系统的脱氮效果;最后,利用高通量测序技术,建立16S rRNA基因克隆文库,从微观层面探究了微生物的种群结构,并分析了反应体系的深度脱氮机理。研究结果表明:（1）随着进水C/N的降低,异养反硝化系统（R1）、铁自养-异养反硝化系统（R2）和硫自养-异养反硝化系统（R3）的NO₃^--N去除率逐渐降低,硫铁自养-异养反硝化系统（R4）则是先升再降。在C/N为1.5².0、系统温度为30℃、进水pH为7.0±0.2、HRT为4.0 h且初始NO₃^--N浓度为30 mg/L时,R4的NO₃^--N去除率最高,其平均去除率可达到90.1%;随着反应器的运行,铁碳填料自身氧化表面形成氧化膜,使得铁自养反硝化作用不断减弱,R2的脱氮效率与R1相近;相比较于R3,R4中不存在NO₂^--N的累积情况,同时R4系统缓冲pH能力更强。（2）HRT、系统温度以及初始NO₃^--N浓度对R3和R4的反硝化过程都有较大影响。而进水pH在5.0⁹.0的范围内,对系统的脱氮效率几乎没有影响。与R3相比,硫R4对不良条件具有更好的耐受性。在HRT为0.5 h时,增加C/N使得系统的反硝化过程主要为异养反硝化过程,同时出水中存在NO₂^--N累积。因此在高负荷情况下增加碳源并不会取得良好的脱氮效果。（3）在HRT为4 h、系统温度为30℃、进水pH为7.0±0.2以及初始NO₃^--N浓度为30 mg/L的条件下,在硫自养-异养反硝化过程中,自养反硝化过程占整个反硝化过程的比例大于18.84%。在硫铁自养-异养反硝化过程中,自养反硝化过程占整个反硝化过程的比例大于30.86%。（4）自养-异养反硝化系统内的微生物群落多样性低于异养反硝化系统,反硝化系统多样性大小顺序为:R4<R3<R1<R2。与R1和R2相比,R3和R4中β-变形菌纲（Betaproteobacteria）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）的相对丰度有所提高;同时系统中存在较高相对丰度的自养反硝化菌包括硫杆菌属（Thiobacillus）,热单胞菌属（Thermomonas）,Thiomonas等。研究显示,C/N为1.5².0时,硫铁自养-异养反硝化系统可提供充足的电子供体,减少对有机碳源的依赖,保证了稳定高效的脱氮效果。