目前许多城市污水处理厂都会接纳水质波动较大的工业废水,而工业废水中的有害物质会引起污水处理厂脱氮不稳定问题。尤其是当进水中某些物质浓度突然升高形成冲击或持续负荷时,硝化作用会受到强烈抑制,硝化效率会急剧降低,并且硝化抑制很难在短期内得到恢复,进而影响污水处理厂出水氮化物指标的达标排放。因此,有必要开展废水毒物冲击和持续负荷下生物硝化受抑制和恢复过程的研究。本文针对废水中常见的高游离氨（FA）和重金属Cr⁶⁺污染这两种问题,采用人工模拟废水,研究了不同负荷条件下FA和Cr⁶⁺对生物硝化过程的影响机理,并利用荧光原位杂交技术（FISH）、聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术（PCR-DGGE）和实时定量PCR技术（q-PCR）对生物硝化受抑制和恢复过程中硝化菌群数量以及结构进行分析,从微生物生态学的角度探讨生物硝化受抑制和恢复机理。在高浓度氨氮（150-2000 mg/L）冲击负荷下,氨氧化细菌（AOB）与亚硝酸盐氧化细菌（NOB）菌群的活性和数量随着FA冲击浓度的增加,都呈现先增加后降低的趋势;FA冲击负荷对AOB和NOB活性的临界抑制浓度分别为8.11mg/L和6.60 mg/L;不同碱度条件下FA持续负荷试验结果表明,碱度影响了AOB和NOB的硝化活性,碱度不足会抑制AOB的活性和数量,但是可以提高NOB的活性和数量;额外增加进水中碱度,利于AOB菌群的活性和数量的提高,但抑制NOB菌群的活性和数量;高碱度条件下,过高的FA会严重抑制AOB和NOB的活性,最终导致硝化菌群数量严重降低,FA对AOB和NOB的抑制浓度范围分别为23.06-43.18 mg/L和6.07-11.99 mg/L。Cr⁶⁺冲击和持续负荷试验结果表明,硝化细菌对Cr⁶⁺具有很高的敏感性,Cr⁶⁺投加浓度越大,出现抑制所用的时间越短,抑制程度越明显,并且抑制后恢复至起始水平所需要的时间也越长;恢复过程中,AOB活性恢复速率比NOB活性恢复速率快;活性污泥对铬具有很强的摄取和吸附能力,铬会一直在污泥内部和絮体表面积累,硝化抑制主要是由污泥内部铬引起的,在恢复过程中不容易被解析出来;DGGE分析结果表明,Cr⁶⁺的投加引起硝化菌群多样性和菌群结构的变化,抑制期硝化菌群多样性升高,菌群分布比较分散,优势菌群数量降低;恢复期硝化菌群多样性降低,某些耐受硝化功能菌群（Nitrosospira）逐渐成为优势菌群,使硝化性能得到恢复。活性污泥经过Cr⁶⁺梯度持续和间歇投加方式驯化之后,对Cr⁶⁺毒性产生很强的耐受性,但12 mg/L Cr⁶⁺仍会使活性污泥中AOB完全失活;DGGE和克隆测序结果表明,AOB菌群多样性呈现先增加后降低的趋势,AOB功能菌群逐渐由Nitrosomonas演变为Nitrosospira,说明Nitrosospira对Cr⁶⁺具有更高的耐受能力;q-PCR结果表明低浓度Cr⁶⁺（1-2 mg/L）投加引起了amoA基因的过度表达,而高浓度Cr⁶⁺投加抑制amoA基因的表达。与Cr⁶⁺梯度间歇投加方式相比,Cr⁶⁺梯度持续投加方式更有利于提高AOB对Cr⁶⁺的耐受性,但是Cr⁶⁺梯度持续投加驯化过程中,Cr⁶⁺的投加浓度不宜超过10 mg/L。