强化生物除磷(Enhanced biological phosphorus removal，EBPR)技术由于其经济高效的特点已被广泛应用于各大城市污水处理厂。对其微生物学机制和过程优化的研究可进一步提高污水处理厂出水水质。对于低C/N比的市政污水处理，短程硝化硝化反硝化技术（Short-cut nitrification and denitrification）具有很强的实用价值。但现有研究结果表明:在处理城市污水的连续流工艺中很难实现短程硝化并保证脱氮效果，其根本原因在于没有发现功能菌群(AOB和NOB)与工艺调控的相关性。反硝化除磷技术能够在反硝化的同时达到除磷的作用。如果在短程硝化的基础上实现反硝化除磷，即以NO2-作为电子受体的缺氧吸磷，将进一步降低碳源需求和曝气能耗。Cadidatus Accumulibacter是通过非培养技术确定的聚磷菌，包含若干进化分支，研究亚硝酸盐环境中Cadidatus Accumulibacter各个分支利用亚硝酸盐的能力对于实现短程硝化和反硝化除磷相结合具有极其重要的意义。　　本课题采用Johannesburg(JHB)工艺处理实际生活污水，研究快速构建短程硝化的调控方法并分析运行条件变化过程中AOB、NOB群落的动态变化与系统运行的相关性，揭示NOB被淘洗的过程和形成短程硝化的机制;分析短程硝化系统中亚硝酸盐浓度对聚磷菌各分支的影响并从生态角度研究污水处理系统中各功能菌群之间的相互关系。从微生物学角度，为短程脱氮除磷技术在实际工程中的应用奠定理论基础。　　研究结果表明:在处理实际城市污水的JHB工艺中，在正常DO水平下（1.5-2.0 mg/L）通过控制短的好氧区HRT(3.41 h)可以快速启动短程硝化，亚硝酸盐积累率超过85％，启动时间小于20天，方法稳定可重复，并能取得较好的氨氮和总氮去除效果。HRT是短程硝化实现的控制因素。当DO小于1.5 mg/L时，虽然可以维持较高的NAR，但供氧不足抑制了氨氮氧化过程，使氨氮和总氮去除率明显下降。　　通过定量PCR技术发现，NOB菌群中Nitrospira处于主导地位，而Nitrobacter含量很少。在短程硝化建立过程中，Nitobacter首先被淘洗出系统，与此同时，Nitrospira的活性受到抑制;之后Nitrospira在全菌中所占比例逐渐下降并最终被淘洗出系统。在此过程中，亚硝酸盐积累率NAR迅速上升，但系统内AOB数量并没有上升。短程硝化反硝化成功建立的原因是NOB活性被抑制并最终被淘洗出反应器，而不是系统内AOB的富集。首次研究了连续流系统短程硝化反硝化建立过程中Nitrobacter和Nitrospira的动态变化情况，从而成功阐释了短程硝化反硝化的建立机制。基于amoA基因的AOB系统发育分析显示:在AOB各分支中，Nitrosomonas-like cluster和Nitosomonas oligotropha处于主导地位，共同占据了克隆文库的81.6％。通过短HRT成功建立的短程硝化反硝化系统中AOB的菌群结构和全程硝化系统中AOB菌群结构极为相似，但是和通过DO而建立的短程硝化反硝化系统中的AOB菌群结构不同。　　研究了短程脱氮过程中亚硝酸盐积累浓度的变化对CadidatusAccumulibacter各个进化分支(ⅠA，ⅡA，ⅡB，ⅡC，ⅡD)丰度和除磷性能的影响。在处理实际城市污水的JHB短程脱氮除磷工艺中，系统中亚硝酸盐的存在对聚磷菌释磷有抑制作用。亚硝会抑制ⅠA，ⅡA和ⅡB，进而使其逐步被淘洗。ⅡC，ⅡD都具有利用亚硝酸盐进行反硝化除磷的能力。ⅡD在聚磷菌中占主导地位。影响ⅡD数量的不是亚硝酸盐积累率(NAR)，而是NO2-绝对浓度。当缺氧区亚硝酸盐浓度低于8 mg/L时，由于电子受体不足导致ⅡD反硝化除磷性能下降，数量也随之下降。当缺氧区亚硝酸盐浓度介于8 mg/L到16mg/L之间时，ⅡD执行较好的反硝化除磷功能并数量稳定。当缺氧区亚硝酸盐浓度大于16mg/L时，系统中高浓度亚硝酸盐抑制ⅡD厌氧释磷导致反硝化除磷性能下降。　　系统内AOB，NOB与PAO之间数量上的变化取决于系统内的亚硝酸盐绝对浓度。较短的HRT(3.41h)抑制NOB的活性从而提高系统中的亚硝酸盐积累，进而增加以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷的ⅡD的数量;另一方面，低DO(0.5mg/L)浓度抑制AOB活性并减少其数量，导致系统中亚硝酸盐积累下降，进而减少以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷的ⅡD的数量。