目前我国90%以上的焦化废水处理工艺面临COD、NH₄⁺-N超标等问题， NH₄⁺-N的去除己成为焦化废水处理的行业难题，传统生物硝化反硝化反应在时间和空间上的不同步性直接导致了反应器数量、建设费用和运行成本的增加，而且由于反应流程长，使得整个处理工艺的HRT长（大部分超过100h），需要耗费大量的有机碳源和DO，导致焦化废水处理工程造价高、投资大，运行费用高。本课题以新型脱氮技术为切入点，提出构建基于短程硝化-厌氧氨氧化的O1/H/O2生物流化床组合工艺和基于电极-生物膜反硝化的电化学生物流化床两种焦化废水处理新工艺，并分别针对O1/H/O2工艺实现所面临的硝化抑制问题以及电化学生物流化床的运行工况进行了研究。通过以A/O1/O2为代表的实际工程监测数据分析目前焦化废水处理工艺中存在的问题，提出O1/H/O2组合工艺的设计思路，指出高毒性、高碳源条件下硝化过程的实现是O1/H/O2工艺的关键和前提，以苯酚和乙酸钠作为毒性和非毒性有机物代表，通过对反应器运行方式、菌种类型和环境因素的选择，考察了有机物对硝化过程抑制作用的类型和机理。结果表明，苯酚和乙酸钠对硝化作用产生抑制的条件和机理是不同的，温度为30±1oC，DO为7.0±0.1mg/l，MLSS为4500⁵000mg/l，苯酚初始浓度为0、92.6、198.6和411.4mg/l的条件下，平均浓度166.2mg/l的NH₄⁺-N去除速率分别为15.97、16.14、14.95和14.25mg/l/h，有苯酚存在时，硝化作用被完全抑制，但由于苯酚降解速率快，以NH₄⁺-N的降解周期计，苯酚对混合污泥硝化作用的影响不显著。温度为30±1oC，DO为5.9±0.1mg/l，MLSS为4500⁵000mg/l条件下，间歇实验中TOC在0²58.0mg/l的乙酸钠对硝化作用均未产生抑制效应，乙酸钠的降解和硝化作用同时发生；控制DO在0.3⁰.5mg/l条件下，乙酸钠存在时硝化作用被抑制；连续实验进一步表明，DO充足的条件下，混合污泥在连续式反应器中经过42d的较高有机负荷驯化后，TOC当量仅33.6mg/l的乙酸钠即可导致硝化抑制的发生，NH₄⁺-N去除速率仅为2.83mg/l/h。分析认为苯酚对硝化过程的抑制属于可逆抑制，与氨单加氧酶（AMO）的结合属于物理分配作用，苯酚对氨氧化反应的抑制类型特征符合竞争性抑制，通过与NH3竞争AMO的活性位点抑制氨氧化反应。乙酸钠对硝化细菌没有毒害作用，其硝化抑制机制在于导致异养微生物与硝化细菌之间对于营养物质和生存条件的竞争，当环境条件可以同时满足二者的生长代谢需要时，短期内抑制作用不会出现，但是经过长时间的有机负荷驯化，微生物种群结构将发生改变，异养菌在数量上占据绝对优势，会导致硝化抑制的发生。电生物流化床以A/O生物流化床反应器为主体，引入普通石墨电极并通以直流电，以模拟焦化废水作为研究对象，分别考察反应器脱氮和除碳的运行效果以及难降解有机物的去除情况，分析环境温度、电流强度、特定电解质等工况条件对脱氮与除碳协同作用的影响，解析自养反硝化和异养反硝化的协同体系中NH₄⁺-N和有机污染物去除的依存原理，研究发现：与常规生物流化床相比，在22±1oC温度条件下，I=10mA时，NO₃^--N去除率从24%提高到69%，去除速率达9.16mg/l/h，COD去除速率从31.5mg/l/h提高到66mg/l/h，协同效果明显；电化学生物流化床低温反硝化和COD去除能力优于常规生物流化床；综合考虑NO₃^--N和COD去除速率，本实验条件下最佳电流强度为10mA；I=10mA，原水中添加Cu²⁺使反硝化能力进一步提高，NO₃^--N去除率从69%提高到90%以上，此时苯酚、喹啉与芘的去除速率分别达到15.0mg/l/h、3.1mg/l/h和0.25mg/l/h，与NO₃^--N去除规律呈现一致性。研究表明成功构建了一种脱氮与除碳协同的电化学生物流化床反应器系统，在微电流和Cu²⁺强化作用下，形成了自养反硝化和异养反硝化协同的体系，在脱氮的同时实现了过程中的除碳。