近年来,我国地下水的硝酸盐污染程度日益加剧,地下水中硝酸盐含量过高对人类健康及自然环境造成了巨大的威胁,因此如何安全、高效的脱氮已经成为了现代水处理技术的研究热点,其中硫自养反硝化脱氮技术由于具有无需外加碳源、产泥量低等优点逐渐被广泛应用。传统的硫自养反硝化过程中所使用的填料均是由单质硫与石灰石颗粒按照一定的体积比混合而成,颗粒的直径较小且不尽相同,填料的直径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,本课题中尝试了多种新型的填料制作方式,并将质量比作为新的混合标准,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两种新的思路,分别为常温凝固法与高温融化法,并通过实验证明了后者在硫自养反硝化过程中的可行性。随后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/石灰石的三种质量比（3:2、3:1、2:1）对反应器处理效果的影响,发现当硫/石灰石的质量比为2:1时,在不同的水力停留时间（HRT）与进水NO3--N浓度下反应器的NO3--N去除率最高,且系统中的微生物初期生长速率较快,其中当HRT高于4h时,NO3--N去除率基本可维持在70%以上,并在此基础上对硫自养反硝化的动力学模型进行了探究。确定了填料中硫/石灰石的最佳质量比为2:1后,为了探究回流对实验效果的影响,在实验中设置了 3个进水NO3--N浓度分别为50mg/L、100mg/L、150mg/L,并初步设定了 4个回流比为100%、200%、300%、400%。实验中发现,设置回流对反应器的处理性能具有较大的提升,且提升效果在高进水NO3--N浓度及高回流比时更为显著,但当回流比达到400%时,由于反应器水利负荷达到极限,NO3--N去除率开始下降,同时伴有污泥流失的现象发生。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,本课题中针对上述的5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--N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。