近些年来,硝酸盐作为水环境污染的主要来源,已经成为影响环境质量和人体健康的危险因子,故对水体硝酸盐氮的去除已经刻不容缓,如何安全、高效的脱氮已经成为了现代水处理技术的研究热点。目前硝酸盐的去除方法主要有物理法、化学法、还有生物法。其中以硫磺为电子供体的硫自养反硝化系统因产泥量少、无需外加碳源、操作简单、运行管理费用较低等特点而逐渐成为各国研究学者的研究热点。传统的硫自养反硝化过程中所使用的填料均是由单质硫颗粒与石灰石颗粒按照一定的体积比混合而成,颗粒的体积较小且不尽相同,填料的体积无法控制且体积比的混合方式并不能作为衡量物质总用量的精确标准。为解决这一问题,本课题中尝试了新的填料制作方式。鉴于硫自养反硝化过程中产生的氢离子使系统的pH降低,导致脱氮速率缓慢,因此本研究也探讨了合适的碱性缓冲材料,以缓冲性能良好的贝壳粉和石灰石作为对比。随后在此基础上探究了多种因素对反应器效能的影响,进一步完善了硫自养反硝化工艺。本课题针对填料的制作方法提出了新的思路,第一种为直接加入碱性材料作为填料,第二种为事先将硫和碱性材料均匀混合之后作为填料,并通过实验对脱氮效果进行对比确定填料最佳制作方法。随后在此基础上使用人工模拟废水对污泥接种并驯化,待反应器成功启动后,遵循对照实验的原则,探究了硫-石灰石和硫-贝壳粉对反应器处理效果的影响。分别进行实验,通过实验可以发现采用事先混合硫和碱性材料的制作方法制作出的填料实验效果更好,通过对比硫-石灰石和硫-贝壳粉两个实验结果可得硫-贝壳粉实验处理效果更好。阐明了作为固体废弃物的贝壳可以作为硫自养反硝化的碱性材料,其效果比传统的碱性材料石灰石效果更好,为硫自养反硝化的发展提供借鉴的同时也有助于减轻环境污染。影响硫自养反硝化过程的因素主要有填料直径、溶解氧、温度、HRT、pH、进水NO3-N浓度,本课题中针对上述的6种影响因素采用控制变法进行了逐一的探究分析,发现了适当地降低填料直径与溶解氧均利于反硝化过程的进行,HRT的降低会导致反应器处理效果的下降,同时确定了系统的最适反硝化温度为35℃,最适反硝化pH为7。随后在此基础上使用响应曲面法进行了多因素的优化分析,建立了 BBD试验模型,对反应器出水NO3-去除率峰值进行了预测,并通过2D等高线图与3D曲面图对温度、HRT、pH三个变量的交互影响进行了深入探究,得出了反应器的最佳工艺参数。对反应器不同阶段的生物膜进行菌群结构分析,结果显示,反应器中微生物物种分布各异。除了人们已经发现的硫杆菌属（Thiobacillus）,实验还发现了多个微生物种属能够参与硫自养反硝化过程,但Thiobacillus在系统中占较高比例,为8.4%,对硫自养反硝化反应起主要作用;系统中各功能菌属的所适宜的生存条件不同,Thiobacillus适于在较高NO3-浓度和较为稳定的环境条件下生长,而丝硫菌属（Thiothrix）与硫微螺菌属（Sulfurimonas）可以在氮浓度更低和水流更急的条件下存活。