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污水再生回用是解决水资源危机的有效途径。受目前污水处理技术水平的限制,城镇生活污水经过污水厂二级处理后,仍然含有较高浓度的氮、磷等植物营养物质,当回用于地下水回灌或景观补水时,容易对水环境生态系统产生一定的威胁。因此,研究污水厂尾水中N、P的深度去除原理,开发高效经济的深度脱氮除磷新工艺,已成为当前污水资源化领域研究的热点问题。本研究以强化污水厂尾水氮、磷的深度去除为目的,针对污水厂尾水C/N偏低的特征,分别采用海绵铁&活性炭填料、硫磺&海绵铁&活性炭填料以及硫铁复合填料三维电极生物膜工艺(3DBER-S-Fe)三组结构相同的生物反硝化脱氮滤柱进行对比运行试验。首先,模拟实验室配水,在不同C/N、HRT和I条件下,对比考察海绵铁、硫磺填料和微电流对深度脱氮除磷的促进作用,并深入探究TP的去除形式。然后,以实际污水厂尾水为研究对象,探究三组反应器脱氮除磷效果,并将其与模拟实验水运行效果对比,分析存在差异的原因;最后,借助于Miseq高通量测序技术,构建了微生物16S rRNA基因克隆文库,从微观层面探究细菌种群结构、深度分析工艺深度脱氮除磷机理。主要研究成果如下:硫铁填料和微电流二者均能够不同程度强化低碳氮比再生水深度脱氮除磷效果。其中,在C/N=2、HRT=4h和I=150mA条件下,3DBER-S-Fe工艺TN和TP去除率分别可达85.6%和97.4%左右,明显高于单独作用系统,且该系统中94.0%的TP是以生成磷酸铁沉淀的化学法而去除。3DBER-S-Fe分别在零碳氮比、零电流和2h水力停留时间的条件下,即可取得较高脱氮除磷效果;适当增加C/N、I和HRT,均能够不同程度提高脱氮除磷效率。且该系统具有较好缓冲pH值的能力,能够保证系统pH值维持在7.2~8.5之间。实际污水厂生物处理尾水中C/N远低于生物反硝化脱氮所需的理论值,且其COD大部分难于被微生物所降解。硫铁复合填料和微电流作用对实际水的深度脱氮同样具有明显的促进作用;3DBER-S-Fe对硝氮去除率可达95.1%,主要是硫自养反硝化和氢自养反硝化共同作用的结果。在仅有海绵铁作用的系统中,兼有异养反硝化和氢自养反硝化功能的Rhodocyclaceae、Comamonadaceae、Thauera和Acidororax所占比例之和达到29.47%。在硫铁复合填料系统中,Thiobacillus所占比例为60.47%。在3DBER-S-Fe系统中,填料和阴极上群落丰度最大的均为具有硫自养反硝化功能的Thiobacillus,分别占40.62%和44.75%;具有氢自养反硝化功能的Rhodocyclaceae在阴极的分布明显多于填料上,说明氢自养反硝化过程主要发生在阴极。本研究强化了污水厂尾水深度脱氮除磷工艺,并深入探讨了其脱氮除磷机理。研究成果对于改善现有污水厂尾水氮、磷含量偏高的现状,提高再生水品质,推进污水资源化进程具有重要意义。