传统的生物脱氮除磷工艺始终存在着脱氮菌与除磷菌在碳源、溶解氧(DO)和污泥龄(SRT)等方面的矛盾与竞争，使得污水的脱氮与除磷不能同时达到最好。这种现象在低C/N比(≤4)污水的同步脱氮除磷过程中尤为明显。本课题针对传统生物脱氮除磷技术存在的诸多问题，及低C/N比污水的水质特点，提出了一种适合低C/N比污水同步脱氮除磷的新工艺，即同步硝化反硝化除磷序批式活性污泥法(SNDPR-SBR)工艺。该工艺结合了同步硝化反硝化除磷技术与SBR实时控制技术的特点，并通过强化内碳源储存以实现无外加碳源条件下低C/N比污水的脱氮除磷。此外，通过考察该工艺的长期运行特性及工艺处理性能与功能菌群结构变化情况之间的关系，以期为该工艺的优化调控、稳定运行和推广应用提供理论基础。　　首先，采用SBR接种普通活性污泥，通过逐步提高进水COD浓度的方式并结合短污泥龄控制，实现了强化生物除磷(EBPR)系统的启动和聚磷菌（PAOs）的富集。试验中发现，当进水COD浓度由约200mg/L逐步提高至约500mg/L时，可29天实现EBPR系统的启动，并在此后30天出水磷浓度保持低于0.5mg/L。系统运行247天后，PAOs为优势菌，占全菌总数的34％±3％，但聚糖菌(GAOs)也得到了富集，占全菌总数的23％±2％。此外，在系统好氧段发现同步硝化反硝化(SND)现象，并产生了约7.6mg/L的无机氮(TIN)损失。SND的产生使得EBPR系统TN去除率约达70％。　　随后，在另一SBR内接种普通活性污泥，并首次采用延时厌氧搅拌3h和低氧曝气搅拌2.5h的运行方式，在排水比为37.5％，即水力停留时间为14.6h，SRT为10d的条件下，成功启动了PAOs∶DPAOs（反硝化PAOs）∶GAOs为2∶1∶1的新型SNDPR系统，并实现了低C/N比（约3.5）生活污水中氮磷的同步去除。结果表明，延时厌氧搅拌3h强化了污水中有机物的内源储存，实现了进水COD的高效利用，并为后续低氧曝气段(DO浓度约1mg/L)吸磷和同步硝化反硝化过程提供了内碳源。低氧曝气搅拌2.5h实现了硝化、内源反硝化、反硝化除磷和好氧吸磷的同步进行，节省了约65％的氧耗。SNDPR-SBR系统运行120天后，PAOs和GAOs分别占到全菌总数的38％±2％和17％±3％，DPAOs占到PAOs的45.9％。高浓度富集的PAOs、DPAOs和GAOs强化了低氧段SND和磷的吸收。系统稳定运行时，出水COD和PO43--P浓度平均为47.2mg/L和0.2mg/L，TN去除率和SND率分别达77.7％和49.3％。　　为进一步分析SNDPR-SBR系统不同运行阶段菌群结构变化情况与系统处理性能的关系，探索了系统内各功能菌群在氮磷去除中的贡献。本课题通过首次建立亚硝酸盐型和硝酸盐型反硝化聚糖菌(DGAONi和DGAONa)的代谢模型，并将其与氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)、好氧聚磷菌（APAOs）、DPAOs、好氧聚糖菌(AGAOs)及异养反硝化菌等的代谢模型相结合，首次构建了一种可定量分析SNDPR-SBR系统内各功能菌群在系统碳、氮、磷去除中贡献比例的方法。结果发现，该系统厌氧段内碳源的储存主要是通过GAOs实现的，PAOs作用较小（约占40％）。系统好氧段磷的去除主要的是由APAOs实现的(84.9％)，而仅有15.1％的磷是通过DPAOs去除的，64.6％的氮是通过DGAOs去除的（DGAONi和DGAONa分别占45.8％和18.8％），仅有18.1％的氮是通过DPAOs去除的。此外，同步硝化反硝化过程中存在高比例的亚硝酸型反硝化（即存在短程硝化反硝化）(71％)节省了6.6％的氧耗和38％内碳源需求量，保证了系统在无外加碳源的条件下实现高效脱氮。上述结果表明，本研究首次构建的微生物活性分析方法可用于分析SNDPR-SBR系统的氮磷去除途径及脱氮除磷机理。　　最后，基于上述所构建微生物活性分析方法，通过分析系统好氧反应过程中电子受体竞争机制，获得了实现系统高效处理性能的最佳氮磷去除途径，并为系统优化运行提供了调控策略:　　1)考查了不同电子受体（DO、NO2--N和NO3--N）浓度分别对SNDPR-SBR系统内PAOs和GAOs好氧代谢和缺氧代谢的影响。结果表明，DO对PAOs和GAOs的好氧代谢过程影响均较小，且PAOs会优先利用DO进行吸磷。当NO3--N存在时，DPAOs较DGAOs占竞争优势，但NO2--N存在时，DGAOs则处于竞争优势。并且，DGAOs较DPAOs具有更高的亚硝耐受力，可减弱高浓度NO2--N对DPAOs的抑制作用。因此，在该系统内，可通过强化AOB和DGAOs的短程硝化内源反硝化(PNED)作用，来进一步提高系统的脱氮性能。　　2)通过联合调控DO浓度和好氧时间，考察了SNDPR-SBR系统的优化运行特性。结果表明，当DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L，且好氧时间由150min逐渐延长至240min后，系统出水PO43--P浓度稳定在0.4mg/L左右，但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L，TN去除率和SND率分别由75％和34.7％提高至84％和63.8％。低DO条件下SND现象的加强，提高了系统的脱氮性能。此外，SNDPR-SBR系统经127天的优化运行后，系统内Nitrobacteria sp.含量减少约50％，这为强化PNED脱氮过程提供了可能。　　3)通过降低DO浓度、延长好氧时间，并增加后置缺氧段的方式，考察了SNDPR-SBR系统的优化运行特性。结果表明，当DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至约0.5mg/L，好氧时间由150min逐渐延长至180min后，且后置缺氧段(120min)后，系统出水PO43--P和TN浓度可分别低达0.4mg/L和4.4mg/L。此外，PNED在系统脱氮过程中的贡献比例达66％，其节省了好氧段44.3％内碳源消耗量，并为后置缺氧段中的内源反硝化过程提供了内碳源。基于化学计量学参数的计算结果表明，PNED的强化是由于系统内AGAOs和NOB活性的下降（分别降低约40％和40.6％）和DGAONi活性的增强（增加约11.4％）引起的。微生物群落分析结果表明，SNDPR-SBR系统内大量存在的PAOs、GAOs和AOB，及少量的NOB，促进了PNED的实现和磷的吸收，使得系统的优化运行成为可能。