城市污水处理厂的节能减排是当前环境保护领域的热点问题，通过革新污水处理技术可降低运行成本，减少污染物排放。由于污水处理规模巨大，污水处理效能的提升可产生巨大的经济效益和社会效益。短程硝化反硝化技术是一种新型污水脱氮技术，相对于传统全程脱氮技术，可节省曝气能耗、减少碳源投加量和提高脱氮效率。序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor，简称SBR）运行灵活，十分适合应用短程硝化反硝化技术进行污水脱氮。但SBR法短程硝化反硝化工艺也存在很多问题，如短程硝化难以快速启动、短程硝化运行稳定性较差容易遭到破坏、短程硝化破坏后难以快速恢复等问题。另外，较小的SBR法短程硝化反硝化工艺应用规模也制约了该工艺的推广应用。　　本研究针对SBR法短程硝化反硝化工艺函需解决的技术问题，在大量调研该领域的文献资料的基础上，确定本论文的研究内容是采用SBR中试系统考察生活污水短程硝化的脱氮性能及硝化反硝化动力学。本论文以实际生活污水为研究对象，在SBR中试装置(7 m3)中建立了短程硝化反硝化系统，首次提出了短程硝化破坏后的恢复策略，研究了短程硝化的脱氮性能和稳定性;采用SBR小试装置考察了硝化过程、反硝化过程的动力学特性;采用批次试验考察了环境因素对氨氧化菌(ammonia oxidization bacteria，AOB)、亚硝态氮氧化菌(nitrite oxidizaing bacteria,NOB)的影响及动力学。SBR中试系统通过过程控制（鼓风机频率控制和pH值控制）成功启动短程硝化;通过延长好氧阶段的曝气时间破坏短程硝化;通过调节溶解氧（Dissove oxigen）和调整运行方式恢复短程硝化。结果表明，SBR中试系统经过近40天实现了短程硝化的启动，并稳定维持超过500天;经过50天实现了短程硝化的破坏，亚硝积累率降为0;采用过程控制和降低溶解氧的方法来恢复短程硝化的效果并不明显，提高DO浓度有利于恢复短程硝化;采用好氧/缺氧/厌氧(厌氧时间6h)方式运行，将好氧段DO浓度设为为4.0 mg/L，SBR中试系统在30d内迅速恢复了短程硝化:亚硝积累率由10％以下提高到90％以上。采用小试装置(10L)考察了厌氧状态对短程硝化系统恢复的影响。采用好氧/缺氧方式运行，系统亚硝积累率不足10％;当以好氧/缺氧/厌氧方式运行，在20 d内系统的亚硝积累率由10％以下提高到了60％以上，说明厌氧状态的加入有利于SBR系统短程硝化的恢复。低温(15-20℃)小试(2 L)试验进一步验证了溶解氧控制和运行方式优化对短程硝化恢复的促进作用，也说明了温度不是短程硝化恢复的关键影响因素。　　本研究考察了在不同污泥浓度(1.1-8.7 g/L)和不同温度条件(10-30℃)下氨氧化速率(ammonia oxidation rate，AOR)理论值和实测值的差异。结果表明:在不同温度试验中，AOR都没有随MLVSS增大而呈正比例增大，AOR的增大幅度远小于MLVSS增大幅度。当MLVSS增大到7.9倍时，AOR只增大到2.6倍(25℃)、5.4倍(10℃)。也就是说，在同样条件下，比氨氧化速率(specific ammonia oxidationrate，SAOR)也不是常数，也随MLVSS变化而变化。相对于高MLVSS浓度，低MLVSS浓度时的AOR值对温度变化更敏感。此外温度系数（θ）应根据MLVSS浓度而进行修正。基于小试SBR批式试验提出了一个适用于SBR系统的AOR预测模型，将模型应用于中试规模SBR系统，AOR实测值与模拟值十分相符，这将对城市污水处理厂的设计和运营有所帮助。短程反硝化过程中常常出现N2O积累，温度对N2O的积累和还原有重要影响。考察了温度(5-30℃)对短程反硝化过程中N2O积累和还原的影响。结果显示，温度对亚硝态氮还原过程和N2O还原过程的影响并不相同。常温下最大比亚硝态氮还原速率(23.5 mgN/(gVSS h))小于最大比N2O还原速率(44.9 mgN/(gVSSh));但是由于亚硝态氮还原过程的温度系数（θ=1.091）小于N2O还原过程的温度系数(θ=1.121)，低温条件下(10℃)最大比亚硝态氮还原速率与最大比N2O还原速率接近(约为11.6 mgN/(gVSS h))。相对于常温，低温时(10℃)亚硝态氮还原过程的最大N2O积累量占总氮的比例更高(30.9％)。因此需要特别注意低温时通过适当延长反硝化时间来减少N2O的积累。AOB和NOB的动力学特性差异是影响短程硝化反硝化系统菌群结构的重要原因。经过500 d的富集培养，定量PCR(Polymerase Chain Reaction)结果显示AOB富集装置中AOB占全菌比例约为90.1％; NOB富集装置中Nitrobacter占全菌比例约为24.4％。采用批式试验分析环境因素对AOB、NOB的不同影响，结果显示游离氨（Free ammonia，FA）对NOB活性的影响大于对AOB活性的影响，其中FA对AOB的抑制常数I为52.9 mgNH3-N/L;游离亚硝酸(Free Nitrous Acid，FNA)对NOB活性的影响大于对AOB活性的影响，其中FNA对NOB的抑制常数I为0.0968 mgHNO2-N/L。AOB的净比生长速率(0.38、0.49、0.71 d-1)随温度(12，22，32℃)增大而增大，温度对NOB的净增长速率的影响（θ=1.027）小于对AOB净增长速率的影响（θ=1.03）。NOB的氧半饱和常数(KO)随pH值(6.5-9.0)增大而增大(0.8-1.01 mg/L)，NOB的底物半饱和常数(KNO2)随pH值(6.5-9.0)增大而增大(1.5-2.45 mg/L)。