本论文首先综述了废水生物脱氮的原理与新技术、亚硝化的影响因素及其研究进展。本论文工作以固定床生物膜反应器处理人工合成含氮废水为研究对象，研究和探讨了亚硝化反应器的启动、稳定运行和不同工艺条件对亚硝化过程的影响，研究了以NO3--N和NO2--N为基质的反硝化性能，还初步研究了生物膜反应器内亚硝化、反硝化和反亚硝化的动力学。主要研究结果和结论分述如下： (1)在固定床生物膜反应器内，在温度为30±2℃、HRT为5.5h、DO浓度为2.0±0.1mg/L和pH为8.0±0.1的条件下，进水NH4+-N浓度以50mg/L/(4d)的速率由50.3mg/L提高到305mg/L，连续运行24d后，在反应器内可成功实现亚硝化； (2)在亚硝化稳定运行阶段，亚硝态氮累积率基本维持在80％左右，出水NO3--N浓度在10mg/L以下。在本反应器中，污泥平均停留时间远大于硝酸菌和亚硝酸菌的最小停留时间，系统中的硝酸菌不能被“淘洗”掉；但是在本试验条件下，生物膜中亚硝酸菌生长速率为硝酸菌生长速率的3倍，通过两类硝化菌的竞争，使亚硝酸菌成为优势菌种； (3)当DO为1.2～1.5mg/L时，亚硝态氮累积率高达90％以上，出水NO3--N浓度在10mg/L以下，NH4+-N和NO2--N浓度比约为1：1.08。当DO为2.5～2.8mg/L时，亚硝态氮累积率下降至50％左右。DO是控制NO2--N累积的关键因素； (4)当进水中外加有机碳源时，生物膜中异养菌和硝化菌产生对氧的竞争，硝化菌的生长和硝化作用受到抑制，导致氨氮去除率下降；当DO为1.0～1.5mg/L、进水COD浓度为280mg/L时，亚硝化过程受到破坏；系统在两个不同DO浓度段分别实现了30％和40％左右的总氮去除，出现了同步硝化反硝化现象； (5)当HRT为5.5h和6.0h时，出水的NO2--N浓度在约为200mg/L，且亚硝态氮累积率在90％左右； (6)在相同氨氮容积负荷下，氨氮去除率随温度的下降而下降，到25～29℃时，氨氮去除率下降显著；当温度下降至17～21℃时，系统开始向全程硝化转变；当温度为17～21℃时，总氮去除率为30％～45％，认为在反应器内发生了自养反硝化。 (7)在不同HRT、C/N比、碳源和温度条件下，研究了系统的反硝化性能，结果表明：当HRT=28h时，NO3--N去除率为96.8％；当C/N=4.7时，NO3--N去除率为99.5％；当温度在27±1℃时，出水出现了NO2--N的累积；以醋酸为碳源时，系统COD和NO3--N去除效果最好，以丙三醇为碳源时，出水出现了NO2--N的累积。通过对反硝化与反亚硝化的对比试验和理论分析，可知在本试验条件下，反亚硝化可节省约45％的碳源，反亚硝化速率比反硝化速率快了近一倍，相应地，反应器的容积可减少一半。 (8)在作出适当假设的基础上，采用相关的动力学基础模型，再根据试验数据对动力学模型进行参数估计，得到了亚硝化过程中NH4+-N转化、反硝化过程中NO3--N转化和反亚硝化过程中NO2--N转化的动力学模型。