氮素是造成水体富营养化的主要因素之一,废水生物脱氮技术方面的研究也一直是近年来的研究热点。盐分被认为是抑制脱氮效率的重要因素之一,尤其是工业、垃圾渗滤液和海水养殖等废水的处理中尤为突出。目前有研究发现盐分对短程硝化的生物脱氮过程产生重要影响,因此,系统研究盐分在短程硝化脱氮工艺运行中不同反应浓度与氨氮转化效率的关系以及盐胁迫下的硝化规律、盐分对生物膜结构特性和微生物种群结构的影响将对新型含盐废水脱氮工艺的开发有重要指导意义。本论文运用分子生物学的技术手段,结合硝化生物膜脱氮效率测定,重点研究自养与异养短程硝化生物膜脱氮效率与盐分之间的关系,揭示盐分胁迫对生物膜的结构特性与微生物种群结构的影响。主要研究结论如下:1、研究了自养、异养条件下短程硝化反应器的氨氮转化和亚硝化规律,并对自养、异养条件下培养的短程硝化生物膜进行了表征。反应器经过6个月无盐废水的启动与运行,自养、异养反应器在运行结束阶段的氨氮转化率和亚硝化率分别达到了 85%、88%及80%和86%;对生物膜进行的生化成分及结构分析结果表明,异养生物膜的总胞外多聚物（EPS）含量高于自养生物膜,两种生物膜的蛋白质与多糖的比值（PN/PS）分别为0.96和0.69。EPS的三维荧光光谱（EEM）数据揭示了两种不同生物膜EPS中类蛋白物质和腐殖质之间的比率差异,而激光共聚焦（CLSM）图像分析显示,自养、异养生物膜各成分在生物膜各部位的分布也存在明显不同。2、在实验室条件下开展了自养、异养生物膜在盐分负荷冲击下的硝化效率研究,并与经7个月盐分梯度变化长期驯化的反应体系进行了对比分析。结果表明在盐分负荷冲击下,当盐浓度分别为35g·NaCl·L^-1及45 g·NaCl·L^-1时,自养、异养短程硝化的氨氮转化率分别为4.3%及4.1%,几乎受到了完全地抑制;而经过长期驯化的反应体系,自养、异养反应器在盐浓度为70 g·NaCl·L^-1时,氨氮转化率分别为40%及28%,体系仍然具有一定的活性,且自养与异养短程硝化反应器在盐浓度40g·NaCl·L^-1以下时,均实现了 75%以上的氨氮转化率及80%以上的亚硝化率,表明自养、异养反应系统经过长期的盐分驯化,均获得了较高的耐盐胁迫性能,且自养生物膜的耐盐性能高于异养生物膜。3、系统分析了盐分胁迫下的自养、异养短程硝化生物膜EPS成分,并利用扫描电镜（SEM）及CLSM图像对生物膜的外观及结构进行解析。结果发现在盐分胁迫下,自养生物膜的EPS总量随盐浓度增加先增大后降低,在盐浓度为0、20、50、70 g·NaCl·L^-1时含量分别为112.60、136.18、129.07及61.43 mg·g^-1·VSS^-1;而异养生物膜EPS含量在相应盐浓度梯度下分别为171.75、151.17、128.2及81.79 mg·g^-1·VSS^-1,呈现了与自养生物膜不同的变化规律。SEM及CLSM图像分析显示,自养膜和异养膜结构随盐浓度的增大而逐渐破碎化,膜密度降低,与溶液接触界面的β-多糖减少,胞外DNA（eDNA）含量增加,细胞死亡及脱落,蛋白质、脂质、死细胞的含量和分布随盐浓度的增加在自养膜和异养膜中呈现了不同的变化,这些变化影响了生物膜的硝化特性,使自养、异养反应器在盐分胁迫下表现出不同的性能。4、通过高通量测序对比分析了自养、异养短程硝化生物膜中好氧氨氧化菌（AOB）的种群丰度及构成。在无盐条件下,归属β-亚纲的Nitrosomonas在两种短程硝化生物膜中均具有最高的丰度,而两种生物膜上占优势的菌属在盐浓度提高时出现了显著差异,尤其在盐浓度盐浓度达到70g·NaCl·L^-1时,自养生物膜的优势菌属为归属γ-亚纲的Nitrosococcus,其余菌属含量有所降低;而异养生物膜的优势菌为Nitrosomonas,除了Nitrosococcus少量存在,其他的菌属均无法检出,异养体系生物膜的微生物多样性消失,这一结果解释了在70 g·NaCl·L^-1盐浓度下,异养体系氨氮转化率低于自养体系、受到较严重抑制的原因。