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本论文追踪研究了间歇运行式膨胀颗粒污泥床反应器（SEGSB）与实现短程硝化的SBR反应器集成（SEGSB-SBR）构建过程中以及以菲、芘为唯一碳源驯化活性污泥的SBR反应器构建过程中不同时期的微生物群落和功能的动态进化过程，为阐明系统废水处理机制和提高废水处理效率提供理论依据。研究成果主要包括如下几方面：（1）短程硝化SBR反应器的成功构建和与氮转化相关功能基因的定性定量研究：SBR反应器控制DO在0.5-1mg/L，在常温、低COD条件下实现低氨氮废水的短程硝化作用，系统的NH4+-N氧化率为87.0%、NAR为66.8%；对成功实现短程硝化的SBR反应器中氮转化的功能基因构建克隆文库并进行实时定量分析：结果表明AOB amoA基因和NOB nxrB基因序列均具有较高的多样性，amoA基因序列分属于亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属，大部分属于亚硝化球菌属。nxrB基因序列集中于硝化细菌属的Nitrobacterhamburgensis、Nitrobacter winogradskyi、Nitrobacter alkalicus以及Nitrobacter vulgaris四个种。amoA基因的的定量数据高于nxrB基因，在细菌中占较大比例，正因为amoA基因的优势从而造成了NO2-的积累，证实了SBR反应器成功实现了短程硝化作用。（2）SEGSB反应器的构建和SEGSB-SBR耦合工艺的成功运行：SEGSB反应器控DO在0.5mg/L以下，在温度30℃～35℃，进水NH4+-N为80mg/L，COD从500mg/L增至4500mg/L条件下成功富集了产甲烷菌，系统COD去除率达93.98%， NH4+-N去除率为10.26%-13.65%；将稳定运行的短程硝化SBR反应器和甲烷化SEGSB反应器进行耦合集成，形成具有甲烷化、反硝化和ANAMMOX功能的集成工艺。在进水COD为4500mg/L，NH4+-N为90mg/L-170mg/L，内部体积交换比在20%-40%条件下耦合反应器成功运行。系统NH4+-N去除率为69.11%-71.45%， TN浓度为去除率为68.64%-71.07%，整个过程中短程硝化SBR反应器运行良好，氨氧化率为91.04%-95.62%。（3）集成反应系统中微生物群落的动力学变化研究：运用高通量测序及RT-PCR技术对SEGSB及SEGSB-SBR工艺中微生物群落的动力学进化进行追踪研究，结果表明变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（chloroflexi）一直是优势菌，β-变形菌纲（Betaproteobacteria）、δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）在变形菌中一直存在并占优势。古菌全部为广古菌门（Euryarchaeota）的产甲烷菌（Methanogens），结构单一。定量数据表明，在整个运行过程中细菌的数量占优势，古菌的数量发生了较大的变化，出现了先增加后降低的趋势。古菌的多样性明显少于细菌，说明细菌具有巨大的功能冗余保证系统稳定运行。（4）降解菲、芘的SBR反应器的构建、运行及PAH降解基因的动力学变化研究：SBR反应器控制DO在5-8，在室温条件下，控制进水COD浓度145.83mg/l-151.44mg/l，菲或芘浓度50mg/L，反应器运行过程中菲驯化阶段出水COD去除率为17.57%-76.26%，菲的去除率为39.74%-92.40%，pH5.13-9.43。芘驯化阶段COD去除率为34.44%-78.74%，芘的去除率为74.42%-90.07%，pH为4.10-7.41；运用RT-PCR技术研究了反应器构建过程中细菌数量与PAH降解基因的变化趋势，结果表明在细菌16S rRNA基因数呈增加趋势,从1010增加到1012，同时PAH-RHDα-GN基因与PAH-RHDα-GP基因的数量也呈现增加趋势，且PAH-RHDα-GN基因占优势；构建了菲、芘稳定降解时期PAH降解基因的克隆文库，基因分析结果表明，功能基因PAH-RHDα具有较高的多样性，其功能类群主要分属于分歧杆菌属等11个属，假单胞菌是革兰氏阴性菌中的优势菌群，分歧杆菌是nidA基因的主要拥有者，其数量在B时期呈现了显著的增加这为成功驯化具有PAH降解功能的微生物提供了理论依据。