现有污水生物脱氮系统一般采用传统生物脱氮工艺,但往往由于进水中碳源不足,导致出水总氮不能达标。近年来,新型生物脱氮工艺如亚硝化-厌氧氨氧化（Partial Nitrification-Anaerobic Ammonia Oxidation,PN-Anammox）、短程硝化-反硝化如SHARON（Single Reactor High Activity Ammonium Removal Over Nitrite）等不断发展,为生物脱氮提供了新方向,但在常温及低温条件下难以实现亚硝酸盐稳定积累是新型生物脱氮工艺广泛应用的主要瓶颈。本研究根据氨氧化菌（Ammonia Oxidizing Bacteria,AOB）与亚硝酸盐氧化菌（Nitrite Oxidizing Bacteria,NOB）活性对温度响应曲线存在不同临界温度这一特征,以及生物脱氮系统的作用者是活性污泥中的微生物,提出仅对低温下生物脱氮系统中回流污泥进行短期热处理,扩大AOB与NOB活性差异,实现低温下亚硝酸盐积累这一设想,并对其进行实验验证。实验首先在低温下（9±1℃）培养活性污泥,通过批次试验考察不同热处理温度和时间对AOB和NOB活性的影响,确定最优热处理条件;之后在进行连续动态实验,验证该方法的可行性与稳定性,并进一步分析污泥热处理实现亚硝酸盐积累机理。主要研究结果如下:（1）在9±1℃以全程硝化运行SBR1,稳定运行期间,出水氨氮和亚硝氮均降解完全,出水中氮以硝酸盐形式存在;比氨氧化速率（Specific Ammonia Uptake Rate,SAUR）为21.62±0.18 mg N/g VSS·h,比亚硝酸盐氧化速率（Specific Nitrite Uptake Rate,SNUR）为47.02±6.44 mg N/g VSS·h。（2）对9±1℃培养的全程硝化污泥按不同处理时间、处理温度进行污泥热处理批次实验。结果表明,当热处理时间为1天,热处理温度分别为25℃、30℃和35℃时,与热处理前相比,SAUR分别上升25.02%,36.82%和31.27%,当热处理温度为40℃时,SAUR下降35.43%,SNUR则分别下降28.29%、44.94%、65.91%和92.56%;当热处理时间延长至2天,温度为30℃,35℃时,SAUR分别上升43.89%和33.07%,SNUR分别下降49.74%和92.68%,但当温度为40℃时,SAUR下降95.28%,SNUR降为0。将活性污泥在温度为35℃条件下处理2天能够在不影响AOB活性的条件下对NOB活性的抑制效果达到最强,因此选择35℃/2d为最佳热处理条件;（3）在9±1℃运行SBR2,实现完全硝化80天。将SBR2完全硝化活性污泥浓缩并进行热处理（35℃/2d）,再回至原工艺条件下运行。热处理后亚硝酸盐积累率（Nitrite Accumulation Rate,NAR）立即升高至85.21%,并稳定在80%以上达20天;NAR降至80%以下时,对活性污泥进行第二次热处理,处理后NAR最高可达98.33%,维持NAR超过80%达到37天;之后对活性污泥进行第三次处理,至实验停止时,系统NAR仍高于90%。说明间歇污泥热处理可以实现低温下亚硝酸盐稳定积累;（4）利用q PCR技术测定第一次、第二次热处理前后活性污泥中硝化菌种群丰度。结果表明,整个实验周期内嗜冷的Nitrotoga为NOB优势菌。第一次热处理后AOB由4.24×1010 copies/L提高至8.84×1010 copies/L、而NOB中Nitrospira由2.21×10~6 copies/L提高至8.61×10~6 copies/L,Nitrobacter由6.44×10~5 copies/L提高至6.30×10~6 copies/L,Nitrotoga由3.92×10~8 copies/L提高至6.60×10~8 copies/L;第二次处理后,AOB和NOB各菌属的丰度变化规律与第一次一致。污泥热处理后NOB种群丰度的变化与SNUR的变化趋势相反,亚硝酸盐氧化速率降低、亚硝酸盐积累不是NOB被淘汰所引起;（5）对污泥热处理过程中产生的游离氨（Free Ammonia,FA）和游离亚硝酸（Free Nitrous Acid,FNA）进行分析,另考察热处理温度和时间对亚硝酸盐氧化还原酶（Nitrite Oxidoreductase,NOR）活性的影响。结果表明,污泥热处理过程中产生的FA/FNA浓度不足以抑制NOB活性,而NOR活性变化规律与批次实验SNUR变化规律一致,均随处理温度升高和在处理时间延长而降低,两者相关性系数为0.946,相关性显著（显著性为0.000≤0.01）。NOR失活是污泥热处理后在低温下实现亚硝酸盐稳定积累的主要原因。