针对我国城镇污水水质有机碳源不足、氮素过量，而传统生物处理工艺很难有效实现污水处理达标排放的实际问题，本试验着重研究短程硝化反硝化工艺处理人工模拟低C/N比生活污水的技术。通过研究不同曝气量对短程硝化反硝化处理效果及生物膜微生物特性的影响，试验从溶解氧（DO）对短程硝化生物膜微生物特性的影响角度探讨了短程硝化的调控机制，并在此研究基础上提出并验证一种新的短程硝化过程溶解氧控制策略——梯级渐减式曝气方式在SBBR短程硝化反硝化系统中的应用，实现了优化曝气效率，提高短程硝化效果，降低曝气能耗的目的。在序批式生物膜反应器（SBBR）内，先后采用三种恒定曝气量7.2L·h^-1、12.0L·h^-1和15.6L·h^-1(对应曝气阶段反应器中平均DO浓度分别为0.5mg·L^-1、0.8mg·L^-1和1.2mg·L^-1)，控制温度28～30℃，pH＝7～8.5，均实现了稳定的短程硝化反硝化。研究表明：1)反应器中保持较高的溶解氧浓度有利于氨氮迅速转化，NO₂^--N和NO₃^--N生成量大，但亚硝酸盐累积率（NAR）较低；低溶解氧使亚硝酸盐氧化过程受到抑制，有利于形成较高的NAR，但溶解氧过低，氨氮转化率下降显著；2)反应器内溶解氧浓度对SBBR生物膜的微生物群落结构和活性产生显著影响。溶解氧浓度降低，SBBR中生物膜的生物量和活菌总数下降，异养菌和亚硝酸盐氧化菌（NOB）数量逐渐减少，而氨氧化细菌（AOB）成为优势菌群；同时，生物膜总生物活性、AOB和NOB活性绝对值均下降，但AOB活性较NOB活性相对值增加；3)曝气初期溶解氧主要是用于异氧菌降解污水中有机物，只有在满足异氧菌对DO需求情况下，溶解氧才为AOB和NOB用以氨的氧化；在整个曝气阶段DO浓度维持在0.7mg·L^-1以下时，可有效抑制NO₃^--N的产生，获得较高的NAR。根据上述结论，我们提出在短程硝化过程中采用“梯级渐减式曝气”曝气新方式，并验证该曝气方式在短程硝化反硝化中的应用。研究表明：1)在曝气初期采用大曝气量(15.6L·h^-1)，可快速消耗污水中的COD，维持反应器内较高的溶解氧浓度，促进氨氮快速转化，氨氮的平均转化速率比曝气量为12.0L·h^-1时提高了约2/3；在曝气末期选择小曝气量(7.2L·h^-1)，可使反应器中溶解氧浓度保持较低水平，从而增强系统同步硝化反硝化（SND）脱氮效果，抑制亚硝酸盐氧化，亚硝酸盐累积率可达到100%。2)与处理效果较为接近的曝气量为12.0L·h^-1的恒定曝气方式（CA2模式）相比较，SBBR短程硝化反硝化系统采用三级渐减式曝气方式（SDA2模式）在减少约6.4%供氧量的前提下，可提高NH₄⁺-N去除率约10%、提高TN去除率约2%；增加NO₂^--N的生成量约3.1mg·L^-1，抑制NO₃^--N的生成，从而提高NAR约8～10%，实现了优化供氧效率，提高短程硝化效果，降低曝气能耗的目的。