水体富营养化日益严重使城市水环境恶化，甚至造成饮用水水源供应中断，严重影响了工业生产与居民的日常生活，因此去除水中氮磷污染物已经成为当今水污染防治领域的一个热点问题。传统生物脱氮由于作用于各脱氮步骤中的不同菌群对于营养及溶解氧的要求各异，需要在空间上或时间上将不同菌群的生存环境分隔，造成生物脱氮工艺复杂，极大地限制了生物脱氮在实际工程中的应用。　　强化磁混凝是理想的污水处理前段工艺，不但可以大幅削减悬浮物质以降低对后续生物脱氮工艺的干扰，而且有效除磷可以使后续处理阶段不需要考虑生物除磷问题。同步硝化反硝化工艺是理想的改善生物脱氮效果的后段工艺，不但可以使硝化与反硝化过程在一个装置内进行，而且硝化产物可以作为反硝化底物以避免硝酸盐类物质的积累，有效改善出水总氨水平。　　基于上述背景，本论文以污水为研究对象，研发出了磁混凝—同步硝化反硝化工艺并进行了可行性分析。对磁混凝工艺优化、连续流反应器同步硝化反硝化特征与菌群特征进行了研究。主要研究内容与成果如下:　　(1)研发出了磁混凝—同步硝化反硝化集成工艺系统。　　以低浓度污水为研究对象，通过磁混凝进行悬浮类污染物质削减和除磷研究，并利用连续流A/O流离反应器进行同步硝化反硝化脱氮研究。结果表明，通过磁混凝和连续流反应器的联用可以实现较好的脱氮除磷效果，该集成工艺具备实现论文研究目标的可行性。　　(2)对城市污水磁混凝处理工艺进行优化，实现了去除污水中悬浮物质并高效除磷的目的。　　应用响应曲面分析法对城市污水磁混凝处理工艺进行优化。建立三维数学模型预测最优的药剂投加量，并对预测结果进行试验验证。同时考察磁混凝相较于常规絮凝的优势，一是通过絮凝过程中的GT值和zeta电位的变化来分析，二是通过扫描电镜、透射电镜、X萤光光谱等手段对絮体结构、形貌等进行分析比对。研究表明磁混凝絮体结构致密、zeta电位更趋近于零，絮体成型速度快、沉速大;相同混凝药剂用量时具有污染物去除效果好、反应沉淀速度快、停留时间短的优势。　　(3)进行了在连续流反应器内处理城市污水实现稳定的同步硝化反硝化的研究，分析并得出了生物膜内同步硝化反硝化特性。　　采用A/O连续流流离反应器处理实际城市污水，在富氧、常温环境下实现了稳定的同步硝化反硝化，氨氮去除率达到50％，出水无亚硝酸盐和硝酸盐积累现象。通过分子生物学手段表明好氧生物膜污泥内存在反硝化菌和厌氧氨氧化菌，且部分反硝化菌属同时具备异养硝化和好氧反硝化功能，氮类的去除由硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化共同完成;其次通过反应器沿程物质转化分析了同步硝化反硝化特性，表明其与一般的A/O反应器脱氮特征不同;最后，从微生物角度对功能细菌的活性和相对数量的变化进行了分析。综合试验研究和分子生物学结果，提出了富氧水环境下生物膜内同步硝化反硝化脱氮途径。　　(4)以磁混凝处理出水为研究对象，采用两套不同的连续流反应器进行同步硝化反硝化工艺研究，并验证了脱氮途径的可靠性;同时对低碳氮比污水实现同步硝化反硝化的控制条件进行了分析。　　由于原水经过磁混凝处理，水质相对城市污水单一，两套连续流反应器在运行条件与前部反应器类似的前提下，系统稳定运行的速度更快。不同反应器运行特征有异同性，两套连续流反应器均出现出水硝酸盐氮小幅积累现象，且全好氧反应器积累程度高于A/O反应器。原因一是进水经磁混凝处理后碳源不足，功能细菌的活性和相对数量受到抑制;二是全好氧反应器未设置内回流补充氮源。全好氧反应器为半段同步硝化反硝化，A/O反应器运行符合前部反应器特性，二者都可以用同步硝化反硝化模型进行部分解释。作为集成工艺的后段生物处理工艺，脱氮效果较好。通过分子生物学手段，再次证明了异养硝化—好氧反硝化菌和好氧反硝化菌是实现磁混凝出水同步硝化反硝化的主要菌属。并对低碳氮比污水实现同步硝化反硝化的控制条件和方式进行了分析。　　(5)以流离生物膜为整体研究对象，分析了异养硝化与好氧反硝化的脱氮特征，对不同氮源对功能细菌的活性影响和反硝化特性进行了研究。　　1)在富氧环境下，实际城市污水和磁混凝出水在硝化菌和反硝化菌共同作用下，总氮和氨氮浓度稳步下降，亚硝酸盐和硝酸盐在试验持续时间内无明显积累现象;有机物浓度的变化表明氨氮的去除是由自养硝化和异养硝化共同作用的，pH相对稳定也证明了这一结论。　　2)高温高溶解氧条件下，以硝酸盐为氮源研究好氧反硝化特性，18h内硝酸盐去除接近100％;试验过程中出现亚硝酸盐积累，表明不同还原酶之间互有抑制。亚硝酸盐在硝酸盐去除完以后在1h内去除达到100％，表明亚硝酸盐还原酶在硝酸盐还原酶存在的条件下被抑制，但在无抑制的条件下去除速度快。好氧反硝化菌对高温高氧环境的耐受力较强，能根据不同的氮类环境合成所需要的酶进行去除。　　3)高温高溶解氧条件下，以亚硝酸盐为主要氮源研究好氧反硝化特性。由于存在少量的硝酸盐，在亚硝酸氧化酶的作用下，部分被氧化为硝酸盐;而且好氧反硝化菌在氮源吸收上具有选择性，硝酸盐和亚硝酸盐在去除时间上具有先后性，但整体去除速度优于单一硝酸盐存在的情况;FNA有毒使好氧反硝化菌在去除亚硝酸盐前需要合成所需酶和细胞成分。　　流离生物膜内好氧反硝化菌对高温高溶解氧耐受力强，适应不同氮源环境，脱氮效果好，相比较分离出的单菌株在工程上实用性更强。