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城镇污水处理厂尾水常作为地表水体的生态补给水，而现行污水处理厂出水中含有的氮素(主要为NO3--N和NH4+-N)仍然对受纳水体的富营养化存在潜在威胁。这类低C/N水质特征水的高效生物脱氮，是我国水污染防治领域急需解决的技术难题。论文研发了两种基于PHBV的可生物降解聚合物，针对城镇污水处理厂一级A标准排水的水质特征，探讨了四组基于固体碳源、陶粒载体的多组合填料形式以及不同类型的生物填充床反应器的同步硝化反硝化脱氮的效果，并采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope，SEM)、qPCR、高通量测序等技术手段解析了生物膜上微生物的形态、群落结构及其多样性。研究成果为我国低有机污染水的脱氮技术研发以及未来国家湖泊氮素污染控制战略提供一定的技术支撑，选题具有重要的理论意义与实际应用价值。论文研究取得的主要结论如下: (1)序批试验与生物填充床反应器研究结果表明，PHBV/PLA和PHBV/木纤维素共混固相碳源的反硝化速率分别为0.10 mg N/(L·h·g碳源)和0.12 mg N/(L·h·g碳源);两种碳源对NO3--N的去除负荷分别为13.95 mg/(L·h)和14.02 mg/(L·h)。两种固相碳源都具有良好的反硝化脱氮性能，适宜于用作固相反硝化生物脱氮的缓释碳源。PHBV/木纤维素相比于PHBV/PLA具有更快的释碳速率以及更低的运行成本。 (2)四组不同结构类型、不同填料组合的生物填充床反应器，对污水处理厂一级A标排放尾水的同步硝化反硝化深度脱氮效果良好，其中①和④号反应器出水基本达到《地表水环境质量标准GB3838-2002》Ⅳ类(TN≤1.5mg/L)标准，具有一定的实际工程应用价值。四组反应器由于固相碳源和填充形式的差别，其运行至稳定状态所需时间存在明显差异，PHBV/木纤维素与陶粒混合填充的④号反应器在运行15 d后即可达到稳定运行状态;四组反应器(①～④)对于TN的平均去除率分别为95.41％、88.87％、76.51％和92.46％;四组反应器的出水溶解性有机碳(Dissolved Organic Carbon, DOC)浓度均低于9mg/L，无过度释放现象。 (3) SEM结果表明，①～④号反应器中固相碳源和陶粒表面生物膜结构和微生物形态存在明显差别，这与固相碳源类型、填充形式和运行条件密切相关。qPCR结果表明，amoA和nirS基因在①号反应器中的好氧段与缺氧段丰度分别为最大值;在③和④号反应器中，amoA基因在陶粒表面生物膜中所占比例高于固相碳源。高通量测序结果表明，①号反应器硝化段陶粒生物膜中优势群落为Nitrospirae门，①～④号反应器中的陶粒、PHBV/PLA及PHBV/木纤维素固相碳源表面生物膜中优势群落均为Proteobacteria门。在①～④号反应器中，Nitrosomonadaceae为优势氨氧化细菌类型，固相碳源表面的生物膜中的优势反硝化菌属为Acidovorax属。SEM、qPCR和高通量测序结果揭示了不同反应器脱氮效果和脱氮规律差异的微生物学原因，结果相互验证。