通过对城市污水处理厂脱氮除磷系统中各操作单元的物料衡算,分析各功能区的反应途径和反应程度,解决废水生物处理系统运行过程中出现的问题,为生物脱氮除磷系统的运行和优化设计提供依据。本文以西安市某污水处理厂A²/O工艺为研究对象,对各操作单元中C、N、P进行物料衡算,分析各自的转化途径;对废水生物处理系统中厌氧池进出水N组分进行测定,分析氮的去向,探讨发生硝酸盐异化还原（DNRA）的可能性。在此基础上,以A²/O系统污泥为接种污泥,在实验室研究不同COD/NO₃^--N对DNRA过程的影响,确定最佳COD/NO₃^--N;最后,在最佳COD/NO₃^--N下对活性污泥采用连续进水方式进行富集培养,并应用16SRNA和nrfA功能基因测序等方法,探讨城市污水生物脱氮除磷系统中DNRA现象,并对其成因进行分析,为提高城市污水处理厂的脱氮效率提供参考依据。主要结论如下:（1）对A²/O工艺进行物料平衡分析,结果显示,二沉池中存在着明显的反硝化作用,TN去除率占整个生物脱氮除磷系统的24.8%。说明二沉池在泥水分离的同时,还发挥着重要的脱氮功能。厌氧池在吸收有机物和释磷的同时,也存在着反硝化作用,总氮去除率达7.8%左右。此外,现场测定结果表明,在体积为6500 m³的厌氧池中,总氮平均消耗量为182.1 kg·d^-1,而硝态氮的平均消耗量为220.7 kg·d^-1,总氮的消耗量明显低于硝态氮的消耗量,说明有可能存在硝态氮到氨氮的转化过程（DNRA过程）。（2）DNRA验证实验结果显示,COD/NO₃^--N较小时,碳源为速率控制步,此时,硝态氮主要通过反硝化作用去除;随着COD/NO₃^--N的提高,NO₃^--N成为速率控制步,DNRA过程明显发生。当COD/NO₃^--N=10时,DNRA速率为1.8 mgNH₄⁺-N·（gVSSh）^-1。因而,DNRA菌富集培养的最佳COD/NO₃^--N为10。（3）在进水NO₃^--N浓度为20 mg·L^-1,COD浓度为200 mg·L^-1条件下,对活性污泥进行了50 d的连续富集培养,出水氨氮浓度达到10 mg·L^-1,证明了城市污水生物脱氮除磷系统中确实存在DNRA过程;接种污泥和培养污泥的16SRNA和nrfA功能基因测序结果显示,进行DNRA的主要菌属为变形菌门中的Thauera、Hydrogenophaga和Geobacter。