天然橡胶加工废水因其污染危害大、排放量大而成为云南环境污染整治的重要目标。由于天然橡胶加工生产过程中原料的品种和供应量的不断变化,其废水水质、水量经常变动,极不稳定,其中含有高浓度有机物、氨氮含量和难降解或对微生物有抑制作用的污染物,使得对废水中有机物和氨氮的去除远远达不到标准。此外,随天然橡胶生产规模的不断扩大中,很多原有的废水处理设施己不能满足日益增长的废水量,寻求有效提高废水处理效果且经济的技术和工艺是目前关注的重点。针对天然橡胶加工废水处理难度大、微生物群落结构稳定性差的问题,对传统AO工艺加以改造构建了A/O1/O2系统并进行了生物强化处理,与未进行生物强化的系统相比,采用直接投菌法的生物强化系统的处理效果有所提升,COD、NH3-N的去除率分别提高了20.05%和29.78%,且缩短了系统启动时间和增强了系统抗冲击负荷能力。为了系统中微生物能稳定生长、提高体系内微生物浓度,本研究设计了向各反应池内设置组合式填料的生物强化A/O1/O2生物膜系统,与未进行菌剂固定化的系统相比,生物强化A/O1/O2生物膜系统的COD、NH3-N的去除率分别提升了6.87%和7.21%。生物强化的固定化生物膜系统中微生物的活性和污染物去除效果都维持在较高的水平。通过扫描电镜观察了生物膜在载体上的附着形态并分析了生物膜形成的过程,采用光学显微镜及肉眼观察表征出不同反应室内生物膜的形态特征及镜检微生物,表明在生物强化A/O1/O2生物膜上形成了较为完整的微生物食物链体系。为进一步获得生物强化技术处理天然橡胶加工废水的工艺设计和运行参数,本文在小试实验中对影响处理效能的运行参数进行了初步分析。以废水中的有机物和氨氮作为生物强化系统的评价指标,对影响COD和NH3-N去除效能的生物强化菌剂投加比例、水力停留时间、好氧池的溶解氧浓度、一二级好氧池的曝气配比和温度进行了初步优化。综合实验数据确定,生物强化菌剂投加比例控制在1：700,水力停留时间控制在7d,一级好氧池的溶解氧浓度控制在3mg1/L左右同时一二级曝气配比为2：1,温度控制在25～30℃,在COD和NH3-N进水浓度分别达到2983mg1/L和307mgl/L时,COD和NH3-N最佳去除效率可达到96.80%和97.42%以上。为了进一步优化生物强化技术处理天然橡胶加工废水的工艺运行参数,在单因素初步优化的基础上,基于响应曲面法Box-Behnken中心组合原理设计了四因素三水平的实验,以COD去除率、NH3-N去除率为响应值,采用响应曲面法工艺运行参数进行了双目标优化；同时分析了微生物强化菌剂投加比例、系统水力停留时间、好氧池溶解氧浓度和两段好氧池的曝气配比间的相互关系和对两个响应值的影响度。通过模拟得到了COD去除率、NH3-N去除率的二次多元回归拟合模型,通过方差分析和响应曲面分析得到对天然橡胶废水中有机污染物和氨氮去除率影响较显著的因素分别是微生物菌剂投加比例和水力停留时间。模型预测得到了最优反应条件为投加菌剂比例为1：900,水力停留时间为177 h,一段好氧池溶解氧浓度为2.8 mg/L,一二段好氧池曝气配比为2：1,在此运行条件下COD去除率最大为97.69%,NH3-N去除率最大为99.10%。经进一步优化生物强化技术处理天然橡胶加工废水的工艺运行参数,COD和NH3-N的出水浓度降低了50%左右。结合生物强化A/O1/O2工艺的前期实验室研究成果,将该工艺运用到景洪市某橡胶厂的废水处理中,对该技术的实际处理效果和应用前景进行了评估。针对天然橡胶加工废水进行了废水处理站的设计。其实际的运行结果表明,A/O1/O2生物膜反应池在进水水质极不稳定的情况下,COD.BOD5的平均去除率可分别达到98.13%、98.87%,出水浓度保持在33 mg/L～55 mg/L和11 mg/L～24 mg/L范围内；NH3-N总去除率达到98.93%,出水浓度范围为0.21 mg/～7.8 mg/L；工程验收监测结果显示,橡胶废水出水五项指标均满足相关标准要求。通过分析该技术的经济效益和环境效益显示,生物强化技术不存在二次污染、降低了成本,具有良好的环境效益、经济效益和广阔的推广前景。借助非培养技术PCR-DGGE技术和培养技术相结合的方式,重点解析了生物膜上微生物种群的空间结构,对强化系统中优势菌种进行了鉴定和功能分析。从系统中分离鉴定了五株优势功能菌,通过功能分析表明,生物强化菌剂的投加使得系统内好氧菌、兼性菌和厌氧菌的种类和数量增加,同时不同微生物之间表现出协同效应,增强了系统对有机物和氨氮的去除能力,达到了生物强化的目的。基于同步硝化反硝化环境理论及氨氮降解过程中硝态氮浓度在系统中的变化,初步探讨了橡胶废水处理过程中的氨氮降解机理。