活性污泥法及其衍生工艺是处理城市污水及其他类型污水最广泛使用的方法，而其中的生物脱氮过程是去除污水中氮元素防治水体富营养化最为有效且最为经济的途径。而作为活性污泥污水处理技术生物脱氮过程中必要的执行者之一，硝化细菌长期以来一直是污水处理领域的研究热点。而对于各类污水处理工艺来说，关于硝化细菌的研究逐渐成为了阐释脱氮工艺原理、评价活性污泥生物稳定性、丰富活性污泥微生物基础理论知识，以及指导提高脱氮效果的重要手段。然而，作为我国主流的城市污水生物脱氮工艺之一的间歇式活性污泥法(SBR)工艺，关于其运行参数或条件因素对硝化细菌种群结构影响的深入研究并不多见。　　因此，本研究在经过试验对比多种分子鉴定技术确定了以荧光定量聚合酶链式反应(PCR)、荧光原位杂交(FISH)以及克隆文库为主要手段的硝化细菌丰度及种群结构鉴定方案后，在多组城市污水和模拟污水SBR反应器中系统地分析了三种典型运行条件参数（间歇曝气、低温、高底物浓度）对硝化细菌(尤其针对亚硝酸氧化细菌(NOB)——Nitrospira、Nitrobacter以及Nitrotoga）的活性、丰度以及种群结构的影响，结合进出水水质讨论分析硝化细菌种群结构在不同条件下与SBR工艺脱氮过程中硝化作用的关系。另外，本研究还针对硝化细菌参与硝化过程中功能基因在多种典型环境因素下（低溶解氧DO浓度、高温、高底物浓度、间歇曝气、游离亚硝酸FNA抑制以及饥饿处理）mRNA表达水平进行研究分析，从分子生物学角度进一步阐释硝化细菌在SBR处理工艺中的作用机理。　　一、系统地分析了高/低DO浓度间歇曝气方法对硝化细菌的影响，提出对于Candidatus Nitrospira defluvii菌种为主要NOB的活性污泥来说，高DO间歇曝气下AOB活性高于NOB活性，有利于短程硝化的启动。　　研究结果表明，相对低DO(0.2mg/L)间歇曝气模式，高DO(3.5mg/L)间歇曝气对Nitrospira菌属存在明显抑制作用，而对氨氧化菌(AOB)抑制作用较小。因此，在模拟废水及城市污水SBR中分别出现了亚硝态氮积累现象，并成功启动了系统的短程硝化。而进一步对于NOB菌结构的分析表明，SBR反应器初始活性污泥中主要NOB菌为Nitrospira菌属Candidatus Nitrospira defluvii、菌种，在高DO间歇曝气阶段其活性及丰度菌受到抑制。由此可见，高DO间歇曝气条件下短程硝化的启动与反应器NOB菌种群结构有着密切关系。　　二、考察了低温以及高底物浓度条件对SBR反应器中硝化细菌的影响，尤其针对三种主要NOB(Nitrospira、Nitrobacter、Nitrotoga)的丰度及种群结构进行了深入研究。　　研究表明，低温条件(12～20℃)和高底物浓度条件(NO2--N:300mg/L、NH4+-N:300mg/L)对硝化细菌的影响趋势具有较高的相似性。对于硝化细菌丰度来说，低温及高底物浓度均有利于Nitrobacter、Nitrotoga菌的生长，对AOB菌的无明显影响，而对Nitrospira菌的抑制作用较为明显;对于NOB种群结构来说，低温及高底物浓度条件下常见的NOB菌种均为Nitrobacter winogradskyi菌种、Candidatus Nitrospira defluvi菌种以及Candidatus Nitrotoga arctica菌种。另外，对于以Nitrospira为主要NOB菌的活性污泥来说，高氨氮浓度更有利于形成短程硝化效果。而在低温条件下，系统中活性污泥能够通过优势NOB向Nitrobacter菌属的转化从而保证硝化作用的顺利进行。　　三、首次利用反转录定量PCR技术结合批次试验在SBR反应器活性污泥中系统分析各类典型环境因素对硝化过程中功能基因mRNA表达的影响。　　研究结果表明:在AOB菌将氨氮氧化为亚硝态氮的过程中,对于参与合成催化氨氧化羟胺的氨单加氧酶(amoA)的mRNA表达来说，低DO条件(0.2mg/L)、高底物浓度(NH4+-N:350mg/L)条件对其均具有较明显的促进作用，而高温条件(32℃)、FNA抑制预处理以及饥饿预处理模式对其的抑制作用较为明显;对于参与合成羟胺氧化亚硝态氮的羟胺氧化还原酶(Hao)的mRNA表达来说，低DO条件、高底物浓度条件对其的促进作用较弱，而FNA抑制处理对其具有明显的抑制作用较;在NOB将亚硝态氮氧化为硝态氮的过程中，对于亚硝态氮氧化酶(NxrB)的mRNA表达来说，低DO条件、FNA抑制处理、间歇曝气()模式以及饥饿处理对其均具有明显的抑制作用，其中FNA处理的抑制效果最为明显，表明FNA抑制处理最易形成短程硝化效果;对于在硝化过程中参与温室气体--氧化亚氮(N2O)合成的两种功能基因来说，低DO条件、高温条件以及FNA抑制能刺激相关基因mRNA的表达。