内循环三相生物流化床生物反应器(ITFB)因其处理效率高、负荷高、抗冲击能力强、少发生污泥膨胀、占地省、易于设备化等特点,已成为一种人们青睐的高效好氧生物反应器。就本质而言,它是一类既具有固定生长法特征又有悬浮生长法特征的反应器。其固定生长法特征使得世代时间长的硝化细菌能够在反应器内生长和积累。因此,在适宜条件下内循环生物流化床反应器有可能成为高效的硝化反应器。近几年,废水生物脱氮出现了许多新型工艺,其中,含氨废水的短程硝化因其能够节能降耗、提高反应速率、降低剩余污泥产量等特点,已经成为目前废水生物脱氮领域的研究热点。为寻求一种高效稳定长期的短程硝化工艺,本论文尝试将短程硝化理念与好氧生物流化床反应器结合,通过强化启动、调控运行参数等方法,强化内循环生物流化床生物膜的硝化功能,探讨内循环生物流化床用于高浓度氨氮废水处理,并实现亚硝化过程的可行性,在此基础上,分析运行参数对实现稳定亚硝化过程的影响,从而优化运行参数。本研究首先探讨了ITFB反应器快速启动的条件,发现较短的水力停留时间和较少的接种污泥量有利于附着生物的增长,可以实现反应器的快速启动。根据课题组的试验结果,采用高N/C和低COD的水质条件对反应器进行强化启动。反应器经强化启动后,分别考察了进水氨氮浓度、不同影响因子和有机物对硝化作用和亚硝酸盐积累的影响,并且以成熟的生物膜为对象,运用荧光原位杂交(FISH)技术和聚合酶链式反应(PCR)技术分别对生物膜内菌群分布情况和优势菌属进行了研究。进水氨氮影响试验结果表明:强化启动条件有利于反应器在初期(NH3-N=100mg/L)获得较高水平的亚硝酸盐积累,亚硝化率平均为79%。但在溶解氧充足的条件下,完全硝化反应发生。提高进水氨氮浓度(从100mg/L升至300mg/L)可以实现亚硝化,但属于不稳定积累,当反应器内游离氨浓度随进水氨氮浓度升高而增加至8mg/L时,系统内硝酸细菌和亚硝酸细菌活性均受到抑制,系统的硝化效果降低,并且硝酸细菌能够逐步适应高浓度的游离氨,使其活性不再受到原来浓度的游离氨的抑制,并且这一过程是不可逆的,所以通过高浓度游离氨抑制作用来实现亚硝酸盐的积累是不稳定的。温度、DO和pH等影响因素试验结果表明:反应器实现亚硝化的最佳运行参数为:pH=7.8-8.1;DO=2.0-3.0mg/L;T=33-35℃。反应器在最佳控制参数条件下运行15天,亚硝化率从37%上升至74%,氨氮平均去除率达81%。有机物影响试验结果表明:进水添加有机物,异养菌与硝化细菌对溶解氧的竞争是造成硝化效果降低的主要原因。对添加有机物前后的生物膜进行电镜扫描发现,添加有机物后,硝化生物膜由致密变成松散,生物膜内由单一的杆菌演变成包含多种丝状异养菌的菌群。FISH试验结果表明,处理高浓度氨氮废水的成熟生物膜样品,硝酸细菌生长在生物膜内层,而亚硝酸细菌沿整个生物膜厚度方向均有分布,然而更多地生长在生物膜的外层,且两种微生物的数量分布也比较均匀。在处理高氨氮废水系统中亚硝酸细菌的主要类型为Nitrosococc sp.和Nitrosomonas sp.,硝酸细菌的主要类型为Nitrobacter sp.和Afipia sp.。