随着水体富营养化的日益严重，去除水中氮素污染已经成为当今水污染防治领域的一个热点问题。由于传统生物脱氮工艺存在的诸多弊端，因而开展新型生物脱氮理论和技术的研究已成为必然。其中好氧反硝化工艺由于其具有强化处理效果、减少处理流程、减少占地面积等优点而受到广泛关注。本文主要就生物膜反应器中发生的好氧反硝化去除硝氮废水和SBR反应器中发生的同步硝化反硝化进行了基础研究。　　提出了一种高效筛选好氧反硝化菌的方法：污泥驯化→细菌分离纯化→初筛（测TN）→复筛（氮元素轨迹跟踪测定法）。利用上述方法获得6株高效好氧反硝化菌。对X31、Z31和C3这三株菌的16S rDNA序列分析表明，X31和C3为Pseudomonas sp.，Z31为施氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri。通过与一些典型的好氧反硝化菌进行同源性分析，并绘制系统发育树，得出 X31、Z31和C3菌株与其他已报道的好氧反硝化菌在进化上具有很高的同源性。通过周质硝酸盐还原酶亚基基因（napA）的扩增实验，证实了X31菌株中确有周质硝酸盐还原酶的存在，它催化了好氧反硝化反应。同时对影响菌株X31反硝化效率的生态因子进行了探讨，当温度为30℃～35℃，脱氮率能达到90％以上；其反硝化最适宜的pH值为中性偏碱；当初始的氧化态氮浓度为150mg/L左右时，DO值对X31菌株的反硝化效果没有显著影响；当C/N在5～6，菌株能进行完全的反硝化。　　在好氧条件下，对4株好氧反硝化菌X31、C3、Z31和X2的呼吸特征进行了研究。分别比较了以硝酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐+亚硝酸盐和氧单独作为电子受体时，它们的生长特征和反硝化特征。当培养液中以硝酸盐为电子受体时，都能进行硝酸盐呼吸，并具有较高的反硝化效率，其中X31菌株在反硝化过程中无亚硝酸盐累积，其它菌株都存在先有亚硝酸盐累积，再有亚硝酸盐还原的过程；当培养液中以亚硝酸盐为电子受体时，这些菌株的酶系能迅速诱导产生亚硝酸盐还原酶，但生长曲线不规律；当培养液中以硝酸盐+亚硝酸盐为电子受体时，明显提高了亚硝酸盐还原酶和硝酸盐还原酶的活性，使得好氧反硝化菌的反硝化效率提高。实验证实这些菌株并不具备T.Pantotropha那样可以将NH4+-N氧化生成硝酸盐的能力，为纯粹的异养好氧反硝化菌。同时考察了X31菌株利用不同碳源时的反硝化特性，结果显示，当以乙酸钠作为电子供体时，其脱氮效果最好。　　考察了利用生物强化技术，将好氧反硝化细菌固定于生物陶粒反应器上，其对硝氮废水的处理效能。结果表明，在水力负荷0.75m/h，气水比5～10:1，进水硝态氮负荷46.5～103.86mg/L的条件下，在水温23℃的稳定运行阶段，其对硝态氮可以基本达到完全去除。变性梯度凝胶电泳（DGGE）结果显示，在整个运行阶段，好氧反硝化菌群X31在反应器中稳定存在，并且始终是优势菌群。对气水比、水力负荷、温度和C/N比等影响陶粒反应器好氧反硝化效能的生态因子进行了分析。结果表明，当气水比在31∶～81∶时，生物反应器都可取得很好的硝酸氮和总氮去除能力；进水水力负荷越高，反应器对硝酸氮和总氮的去除率越低；随着温度的升高，反应器对硝酸氮和总氮的去除率也随之升高，但是当温度大于23℃后，反应器对硝酸氮和总氮去除率的影响变弱；控制C/N在4.2～4.5，反应器中能够进行完全的反硝化及取得很好的COD去除效果。　　对陶粒反应器内的微生物进行了分析和鉴定，共检出细菌类5属，真菌2属，藻类、原生动物和后生动物若干。其中反应器中的优势菌主要为假单胞菌属和芽孢杆菌属，这和DGGE图谱分析以及试验运行结果表现出了一致性。在反应器中高营养级别的微型动物的出现，更显示出了系统运行的稳定性。　　探讨了SBR反应器中SND的影响因素。结果表明，在温度为20℃～30℃的范围，硝化效率和总氮的去除率随着温度的升高而增加。反应器在30℃的温度运行时同步硝化好氧反硝化脱氮的效果最佳；在C/N为6时，DO浓度为1.2mg/L时总氮去除率为53.07%，当DO浓度为4.0mg/L的时总氮去除率也能达到45.06％。随着DO浓度的增加，在反应器中对SND同步脱氮由缺氧微环境和好氧反硝化菌的双重作用逐渐演变成由好氧反硝化细菌起主要作用；总氮的去除率随着进水碳氮比的增加而增加，但过高的碳氮比会使自养硝化菌的活性受到抑制。当进水碳氮比为9.82时，同步硝化反硝化效果显著，总氮的去除率为70.13%；pH值在7.5～8.5时，能够获得最佳的同步脱氮效果。　　系统地分析了SBR反应器中发生同步硝化反硝化的机理，认为反应器发生同步硝化反硝化与微环境理论、好氧反硝化菌理论和短程硝化反硝化理论有关。