影响生物脱氮效率的因素包括溶解氧、碳氮比、温度等工艺参数,尽管已有文献对上述工艺参数进行了大量的研究，但是随着污水氮排放标准的不断提高，如何提高生物脱氮效率仍然是研究热点。生物接触氧化法是一种典型的污水处理工艺，其利用附着在填料上的微生物大量生长从而形成的生物膜来净化污水。相比于活性污泥工艺，微生物在填料上固着生长，具有较强的冲击负荷，能够让生长缓慢的微生物如氨氧化菌、硝化菌、反硝化菌等大量生长，同时也为研究反硝化速率提供良好的载体与单元个体。本研究选择聚氨酯海绵作为生物填料，采用先缺氧再微曝气的反应装置来处理硝态氮和氨氮的混合废水，主要内容如下：
　　1.经过200多天的连续运行，反应柱1号(缺氧柱)出水氨氮的含量在19mg/L左右，硝态氮的含量在8mg/L左右，硝态氮反应柱2号(微氧柱)出水氨氮的含量在1mg/L左右，硝态氮的含量在3mg/L左右。运行180多天后系统达到稳定状态，反应器最终出水中氨氮、亚硝态氮、和硝态氮含量分别为在1mg/L、1mg/L和3mg/L以下，氨氮和总氮的去除率分别在95%和92%左右，去除率都保持在90%以上，系统的脱氮效率非常好。通过对比填料培养前后的变化，发现培养后填料由白色变为黑褐色，大量的微生物附着在上面形成稳定生物膜；
　　2.在稳定阶段，从缺氧反应器中取出100个成熟的填料，进行批次动力学实验，通过改变初始硝态氮的浓度，测量水中不同形态氮的浓度，计算亚硝酸根积累率和反硝化速率。当进水中硝酸根浓度低于10mgN/L时，未检测到亚硝酸根，当进水中硝酸根浓度大于10mgN/L时，开始出现亚硝酸根的积累，随着进水中硝酸根浓度的进一步增加，亚硝酸根积累率先升高至接近100%后逐渐下降稳定在70%-80%。当进水中硝酸根浓度从0增大到20mgN/L，反硝化速率从0增长到0.37mgN/(Lhn)，变化趋势呈直线上升，随着硝酸根浓度继续增大到200mg/L，反硝化速率则开始下降到0.28mgN/(Lhn),当硝酸根浓度再继续增加反硝化速率不再随硝态氮浓度改变而改变。采用Monod方程模拟反硝化动力学，得到硝态氮浓度与反硝化速率的方程；
　　3.通过采用高通量测序技术分析填料上微生物的群落组成多样性，对比两个反应柱内反硝化菌群的差异。在反应柱1号内有两大优势菌群变形菌门(Proteobacteria)占比36.1%和绿弯菌门(Chloroflexi)占比21.8%，在反应柱2号有两大优势菌门拟杆菌门(Bacteroidetes )占比32.4%和变形菌门(Proteobacteria)占比27.5%，对比分析发现变形菌门属于反硝化过程中的优势菌群，主要的反硝化菌有β-变形菌纲的陶厄氏菌属(Thauera)，在反应柱1号和2号分别占比6.3%和0.3%，发现在反应柱1号中的比例较大。结合反应器运行情况分析其原因为：两个反应柱所处的情况以及进水硝态氮浓度的不同，反应柱1号的硝态氮进水浓度较高，而反应柱2号的进水硝态氮浓度较低，这就造成反应柱1号的反硝化菌群比例较高。