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SBR(Sequencing Batch Reactor，简称SBR)法是一种间歇式运行的活性污泥法污水处理工艺。由于它具有工艺流程简单、运行方式灵活、可控性好等优点，已经成为中小城镇污水及工业废水的首选处理工艺。目前由于硝化过程易受低温、硝化菌活性变化、低溶解氧等外部环境条件干扰，很多污水处理厂脱氮效果较差和脱氮性能不稳定。深度脱氮已成为目前污水处理厂出水再生回用的必要前提，而且生物脱氮是目前最经济有效的脱氮方法。与传统硝化反硝化工艺比较，短程硝化反硝化工艺能够节省40％的有机碳源和25％的曝气量，在节能降耗方面具有很大的潜力和应用前景。 为了解决SBR过程运行繁琐、控制复杂、脱氮过程不稳定等缺点，在大量调研国内外该领域研究现状的基础上，确定本论文的主要研究内容是在微生物种群调控和过程控制基础上实现SBR法短程生物脱氮工艺及动力学研究。 本研究以生活污水为研究对象，采用有效容积为7.0m3的圆柱形中试SBR反应器(直径2m×高2.8m)，分别在传统深度脱氮模式、分段进水模式以及短程深度脱氮模式下运行，通过监测过程控制参数的变化特征对中试SBR工艺进行过程优化，用荧光原位分析方法(FISH)对活性污泥中硝化微生物种群变化进行检测，对短程硝化污泥中氨氧化菌(AOB)动力学参数进行考察。同时以人工配水为研究对象，采用有效体积为10L的小试SBR反应器，分别富集AOB和亚硝酸盐氧化菌(NOB)硝化污泥，并分别考察富集AOB和NOB硝化污泥的动力学参数。 本论文考察了传统深度脱氮模式和分段进水模式下中试SBR系统的深度脱氮性能和过程控制参数(DO、pH、ORP、电导率和鼓风机频率BF)曲线变化特征，首次提出了BF作为SBR曝气阶段的实时控制参数，建立了基于过程控制参数(BF和pH)的SBR法过程控制策略。在变频控制恒DO条件下，考察了不同DO(0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0mg/L)和不同温度(11-26℃)条件下鼓风机频率作为曝气过程控制参数的稳定性，首次发现了BF曲线上稳定的出现指示曝气终点的变化点。最后首次建立了利用鼓风机频率作为微生物好氧速率的间接指示参数的方法和预测微生物耗氧速率的简单经验模型。 中试SBR系统通过采用基于鼓风机频率和pH的过程控制策略在低温(11-16℃)下快速启动中试SBR短程硝化反硝化工艺，亚硝积累率从最初的19.8％上升到90％左右；之后进入稳定维持阶段，短程硝化工艺在温度处于9-28℃范围内稳定运行长达2年，亚硝积累率始终维持在90-95％范围内。对低温启动短程硝化工艺的原因进行系统分析发现过程控制、同步硝化反硝化结合SRT控制共同发挥作用，通过这些因素实现活性污泥中硝化菌种群结构的优化。 针对短程硝化活性污泥，考察了污泥浓度(MLSS=1000，2000，4000，6000，8000and10000mg/L)和温度(10，15，20，25，30℃)对AOB活性的影响。比氨氧化速率随着污泥浓度增加而下降，污泥浓度在4000-6000mg/L范围内AOB的比氨氧化速率适宜，既可以保证较高的氨氧化反应速率，又可以缩短曝气时间和节省曝气阶段能耗。温度在20-25℃范围内SBR系统的比氨氧化速率最高，温度过高或过低都会影响AOB的活性。 考察了短程硝化活性污泥中AOB的动力学参数和生理特性。结果显示：AOB最大比增长速率(μmax，AOB)为0.217d-1；AOB的底物半饱和常数(Ks，AOB)为4.51mgNH4+-N/L；AOB的氧半饱和常数(Ko，AOB)为0.26mg/L；FA浓度大于11.3 mgNH3-N/L时，FA对AOB开始产生抑制作用：20和30℃下bAOB好氧衰减速率为0.10d-1和0.13d-1；在pH为8.0-8.5范围内AOB的活性处于最佳水平。 在SBR反应器中分别富集出AOB含量占60％和NOB占90％的硝化污泥，建立AOB和NOB的快速富集培养方法，并以富集的AOB和NOB硝化污泥为研究对象，分别考察了AOB和NOB的生理特性和动力学参数。结果显示：富集AOB和NOB活性的最佳温度范围分别为33-37℃和30-35℃：富集AOB和NOB活性的最佳pH范围分别为8.3-9.3和8.0-8.5。25℃时AOB和NOB的最佳比生长速率分别为1.87d-1和4.274d-1；25℃时底物半饱和常数分别为6.35mgNH4+-N/L和15.44mgNO2--N/L；25℃时氧半饱和常数分别为1.63mg/L和1.35mg/L；25℃时衰减速率分别为0.216d-1和0.237d-1。最后比较分析短程硝化活性污泥和富集硝化污泥中硝化菌的动力学参数和生理特性差异。