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本研究是以CSTR和SBR反应器的活性污泥硝化系统为研究对象,通过改变进水氨氮负荷和SRT,对比不同运行条件下的硝化效果、污泥絮体形态、污泥微生物特性和硝化细菌的动力学参数来研究不同运行条件对硝化系统的影响。同时考察了硝化细菌的选择机制和硝化细菌动力学参数的影响因素。通过对CSTR和SBR反应器的研究,得到以下结论:(1)CSTR反应系统在进水氨氮浓度为70mgN/L时,通过改变其SRT可以实现短程硝化,但是不能长期维持,并且在继续降低SRT时,也不能重新恢复短程硝化。因此在污水处理中,仅靠调整SRT来维持短程硝化是不现实的,必须还要结合其他因素共同控制条件,才可能实现短程硝化的长期稳定运行。(2)在SBR反应器中,通过提高进水氨氮浓度可以快速实现短程硝化,降低负荷后最终会导致NOB抑制解除,短程硝化被破坏,硝化类型向全程硝化转变。通过调节反应器的SRT可以实现短程硝化,从稳定持续的实现短程硝化的角度看,SRT=10d是最佳工况,这个阶段可以利用AOB和NOB的增长速率的差异淘洗NOB,并且不会导致污泥和AOB的大量流失。(3)在污泥培养的过程中,污泥絮体的尺寸大小会发生改变。污泥絮体的大小、形状可以反映污泥对污染物吸收与降解性能。长期的高负荷条件,细菌消耗大量底物进行生长繁殖,微生物的增殖和聚集导致了污泥絮体尺寸变大,絮体在聚集和解体过程中受到了挤压使絮体变得紧实。不同SRT运行条件下的SBR反应器的污泥絮体尺寸有很大差别,SRT越小,由于污泥排出较多使微生物不能大量聚集,因此污泥絮体的尺寸越小。(4)在短程硝化下主要的AOB和NOB是Nitrosomonas和Nitrospira,这两种细菌被普遍认为是可以在底物浓度较高的条件下快速降解底物的r-策略细菌。在全程硝化中检测到的 AOB 是 Nitrosomonas,NOB 主要是 Candidatus Nitrotoga。对 AOB,Nitrosomonas 的百分含量随着SRT的降低而减少,Nitrosomonadaceae的百分含量随着SRT的降低而增加,对于NOB,Nitrospira的百分含量随SRT的降低而减少,Candidatus Nitrotoga的百分含量随着SRT的降低而增加。系统中优势菌类型的转变与负荷和SRT有关,负荷的大小和SRT的高低是影响细菌生长繁殖的重要因素。在只有氨氮作为营养源的条件下的微生物群落特性会一直发生变化,时间间隔越小污泥群落差异性越小,不同负荷下污泥的微生物群落差异性比相同负荷的污泥差异性更加显著。不同的SRT会对污泥中微生物群落的差异性造成影响,SRT越接近,差异性越小。在整个污泥驯化过程中,微生物的丰富度和均匀度都在不断降低。(5)动力学参数的变化可以说明动力学参数是受多种因素共同影响的,其中底物的转化效率、氮的形式和污泥的絮体形态均是造成动力学参数改变的重要条件。r-AOB含量越高的样本AOB最大比增长速率μAOB.max越高;SRT对微生物动力学参数的变化起间接作用,Nitrosomonadaceae 的μAOB,max 比 Nitrosomonas 大。AOB 的氨氮半速度常数 KNH4 随着最大比增长速率μAOB.max增大而增大。溶解氧半速度常数KO,AOB随污泥絮体尺寸的增大而增大。NOB的最大比增长速率μNOB.max与细菌的种类有关,Nitrospira比CandidatusNitrotoga的值大。NOB的溶解氧半速度常数KO,NOB可能随絮体尺寸变大而变大,也可能是随优势NOB的改变而改变。NOB的KN02可能随污泥絮体尺寸的增大而增大。(6)在动力学参数的测定中,测得值可能与理论值有矛盾,这可以用污泥絮体尺寸的大小来解释。絮体内部生长的硝化细菌在利用底物时,需要克服扩散阻力,絮体尺寸越大需要克服的阻力越大。所以对于不同尺寸的污泥絮体进行动力学分析时,不仅要需要考虑扩散阻力的影响。传统的r-策略和K-策略经典理论应该把污泥絮体尺寸的大小划入需要研究的范围内。