针对现有污水生物处理填料生物亲和性差、生物富集量小、脱氮效能低等问题,研发新型天然纤维质生物填料,提升污水生物脱氮效能。通过对天然纤维筛选、制备方法研究,制备出天然纤维质复合填料和天然纤维质球形填料;并系统研究了改性药剂种类、浓度、接触反应时间等因素对天然纤维质填料改性效果的影响,得出了填料改性的方法;重点考察了天然纤维质复合填料和球形填料的脱氮效能,获得了系统高效脱氮的关键控制参数;并通过对生物膜干重、脱氢酶活性测试量化表征天然纤维质填料的生物亲和性,利用比表面积及孔径分布（BET）测定对制备填料物理特性进行表征,利用16Sr RNA Amplicon高通量测序技术,探究天然纤维质填料系统对功能菌属的富集能力。研究得出主要结论如下:筛选出的天然A纤维、B纤维、C纤维填料具有较好的脱氮效能,其NH4+-N去除率分别为99.04%、89.51%、99.28%,TN去除率分别为95.52%、79.23%、71.71%。以天然纤维为骨架,制备出天然纤维质复合填料和球形填料。药剂种类、浓度、填料/药剂质液比、接触反应时间对天然纤维质填料改性效果影响显著。天然纤维质复合填料、天然纤维质球形填料适宜的改性药剂分别为Na HCO3、H2O2。制备填料的挂膜速度、脱氮效能、经济性较组合填料、聚氨酯泡沫、弹性立体填料、环形填料大幅提高。天然纤维质填料填充密度、DO浓度、水力停留时间对系统脱氮效能影响显著。在温度为26～28℃,填充比为30%,DO为6.2±0.1mg/L,进水氮负荷为0.1068 kg N/（m~3·d）,HRT为4h,周期运行工况为瞬时进水-曝气4h-瞬时沉淀排水,排水比为40%条件下,天然纤维质复合填料、天然纤维质球形填料系统NH4+-N平均去除率分别为95.67%、95.49%,TN平均去除率分别为85.31%、83.61%,较对照组组合填料系统NH4+-N、TN去除率分别提高30%和28%以上。天然纤维质复合填料、天然纤维质球形填料、组合填料系统生物膜干重分别为0.959 g/g、1.027 g/g、0.688 g/g,生物膜脱氢酶活性分别为68.99μg TF/h、73.93μg TF/h、63.77μg TF/h,天然纤维质填料的生物亲和性均高于组合填料。天然纤维质复合填料比表面积为1.4852m~2/g,有利于微生物附着生长。16Sr RNA Amplicon高通量测序结果表明,天然纤维质复合填料、天然纤维质球形填料对硝化菌属和反硝化菌属的富集能力较组合填料显著提升。系统中自养硝化功能菌属主要有硝化螺菌属Nitrospira、亚硝化单胞菌属norank-f-Nitrosomonadaceae,异养硝化功能菌属主要有黄杆菌属Flavobacterium、陶厄氏菌属Thauera,反硝化功能菌属主要有norank-p-Saccharibacteria、热单胞菌属Thermomonas、黄杆菌属Flavobacterium、丛毛单菌属noclassified-f-Comamonadaceae、菌胶团菌属Zoogloea、陶厄氏菌属Thauera、Ottowia、Diaphorobacter、Candidatus-Competibacter、Denitratisoma,其中黄杆菌属Flavobacterium、陶厄氏菌属Thauera为异养硝化-好氧反硝化功能菌属。