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很多接受工业废水的污水厂，在意外境况下，会受到工业废水中高浓度重金属冲击负荷的威胁，此时生物反应器的硝化效率急剧下降，硝化能力在短期内难以恢复，出水氮化物指标不能稳定达标。本文以典型重金属铜（Cu2+）为抑制剂，采用静态、冲击负荷试验，持续负荷以及浓度梯度试验，通过分析三氮指标、微生物活性（比耗氧速率，SOUR）、铜的分布研究了Cu2+对硝化效果的影响。利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）和定量PCR（q-PCR）分析Cu2+影响下体系内硝化菌的种群多样性、菌群结构演变和硝化细功能基因表达的变化。冲击、静态试验表明：Cu2+的投加浓度越高体系内硝化作用受到的抑制越强。且随着活性污泥与Cu2+接触时间的延长，硝化细菌受到的抑制越来越强。30~150mg/L Cu2+对反应体系内的异养菌、氨氧化细菌（Ammonia-Oxidizing Bacteria，AOB）和亚硝酸盐氮氧化细菌（Nitrite-Oxidizing Bacteria，NOB）的SOUR产生了抑制，抑制大小为：AOB>NOB>异养菌。铜进入体系后迅速被吸附，随着反应的进行，铜由污泥的表面缓慢向内部迁移。低浓度体系中NOB的恢复快于AOB；高浓度体系中AOB的恢复先于NOB。持续负荷试验表明：氨氮去除的抑制随着Cu2+浓度的增大和运行周期的延长变得显著。在恢复阶段AOB和NOB的恢复速率随抑制期投加Cu2+浓度的增加而降低。硝化抑制率与溶解态铜浓度呈正相关。浓度梯度试验表明：污泥的SOUR均在抑制阶段下降，恢复阶段中上升。异养菌和硝化菌在运行过程中逐渐被驯化。在运行后期的抑制阶段，新进入体系的Cu2+主要在液相中积累并对硝化性能产生较大影响。后三个恢复阶段，体系内各相中的铜浓度逐渐降低，硝化性能也逐渐恢复。分子生物学分析表明：Cu2+破坏了AOB和NOB的多样性且Cu2+浓度越高，多样性越低。体系内各类亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和硝化杆菌（Nitrobacter）的耐受程度不同。在三种Cu2+投加方式下，体系内均出现了原泥中未出现的AOB菌属亚硝化螺菌（Nitrosopira），说明Nitrosopira对Cu2+的耐受能力较强。在恢复过程中，NOB多样性和相似性的恢复程度大于AOB。AOB和NOB特征基因的表达对Cu2+的冲击更敏感。在抑制的初期AOB和NOB的基因表达均受到较大的抑制。由于微生物的应激反应，随后基因表达量逐渐升高甚至过度表达。50mg/LCu2+会使AOB、NOB的基因表达受到严重抑制，并且Cu2+冲击后需要较长的恢复时间（47个周期）。