河流中氮元素超标是导致富营养化的主要原因之一,我国各地污水排放标准虽然越来越严格,但由于污水二级处理中碳源物质浓度较低,无法保证反硝化过程彻底完成进行,导致出水中硝酸盐浓度过高,使得总氮难以得到有效控制,造成水体富营养化。本文利用聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）、聚己内酯（PCL）和玉米芯制成新型复合碳源基质,作为反硝化过程的电子供体和微生物的生长载体,分别采用加入硫酸亚铁（CSF-1）、氯化亚铁（CSF-2）和曝气发泡（CSA）、发泡剂发泡（CSH）、表面活性剂发泡（CSK）的方式对基质进行改良,研究不同方式改良的基质与未改良基质（CS）在物理性能、静态释碳性能、静态脱氮性能以及动态脱氮性能方面的差异性,并分析改良基质对反应器内微生物的群落结构和生物多样性影响,探究反应器脱氮过程,为水中硝酸盐污染的去除奠定理论和实践基础。具体研究结果如下:（1）对新型复合碳源基质的物理性能和静态释碳脱氮性能进行研究,发现:各改良基质和未改良基质密度均为1 g/cm~3左右,抗压强度均大于230 N/cm~2,CSA、CSK和CSH基质表面存在大量孔状结构,CS、CSF-1和CSF-2基质表面平整;各基质在清水中最终累积释碳量大小为:CSH>CSK>CSA>CS>CSF-2>CSF-1,最大饱和浓度Cm和传质系数K均小于玉米芯,达到碳源物质缓释的效果;在静态脱氮研究中,CSA、CSK和CSH基质完全去除硝态氮时间大致相同,且均大于CS、CSF-1和CSF-2基质。（2）对新型复合碳源基质在不同硝态氮负荷和水力负荷下的动态脱氮性能进行研究,发现:在低浓度和中浓度硝态氮负荷下,各反应器对氮素去除效果无明显差异,高浓度阶段,CSA基质反应器对硝态氮、总氮和氨氮的去除效果最好,去除率分别为94%、88%和72%;在不同水力负荷阶段,随着水力负荷的升高,各反应器对氮素的去除效率降低,与其他反应器相比,CSA基质反应器对氮素处理效果最好,在中负荷阶段对总氮和硝态氮去除率分别为76%和77%,在高负荷阶段,对总氮去除效率为24%;综合各基质在物理性能、静态释碳脱氮性能和在不同硝态氮负荷和水力负荷下对氮素的处理效果,CSA基质对在不同阶段均有较好的处理效果,在制作过程中加入曝气处理为最佳改良方式。（3）对处理效果较好的CSA基质反应器和CSK基质反应器内下、中、上部基质的微生物群落结构差异和生物多样性进行研究,发现:CSA基质反应器内微生物群落结构差异性较大,反应器下、中、上部优势菌属分别为绿菌属（Chlorobium）、unclassified＿Planctomycetaceae和固氮菌（Azotobacter）;CSK基质反应器下部优势菌属为绿菌属（Chlorobium）,中部和上部优势菌属为甲基过硫菌属（Methyloversatilis）。微生物多样性分析表明,CSA基质反应器内上、中、下部的微生物结构差异较大,CSK基质反应器内上、中、下部的微生物结构差异较小。（4）根据反应器内基质的动力学模拟结果和沿程水质变化,发现CSA和CSK基质反应器内均以传统生物脱氮过程为主,可能存在短程硝化反硝化过程和厌氧氨氧化过程。对CSA和CSK基质的碳源利用情况进行分析,并与国内外同类产品进行对比,结果表明CSA基质与CSK基质具有良好的脱氮性能,在一些深度脱氮工艺中可以代替传统液体碳源作为污水处理的碳源物质。