本文针对过渡金属元素在水处理生化工艺中的应用研究,特选择Fe、Mn作为典型的代表元素,主要包括营养液中添加Mn2+促进好颗粒污泥形成机理研究以及滤料制备过程中加入Fe元素提高曝气生物滤池活性研究两部分。1通过对比法,研究序批式活性污泥法培养好氧颗粒污泥的过程中Mn2+对好氧颗粒污泥形成的影响是本文的第二大研究重点,其中实验组的营养液添加10mg/L Mn2+,对照组不添加任何含有Mn元素的物质。实验结果表明,实验组(R1)的形成好氧颗粒污泥的时间比对照组(R2)快所需时间短,并且实验组表现出较高的CODCr去除效率和NH4+-N去除效率,尽管两反应器的去除效率都很高；实验组的成熟好氧颗粒污泥具有比重大、沉降性能好、相对疏水性大、完整性系数高、使颗粒粒径分布集中VSS/SS值高以及胞外聚合物含量大等优点；三维荧光光谱分析胞外聚合物的结果显示实验组好氧颗粒污泥的胞外聚合物具有较高的有机物多样性的特点,特别是蛋白质的多样性；通过进行污泥样品DNA提取并进行聚合酶链反应(PCR)以及变形梯度凝胶电泳(DGGE)分析,两组好氧颗粒污泥的都具有较高的生物多样性,但是实验组的好氧颗粒污泥具有较强的生物多样性(实验组11种；对照组8种)；对照组的8种微生物菌群同时在实验组的好氧颗粒污泥也分析得到,实验组的其余三种微生物菌群只在实验组的好氧颗粒污泥上分析得到；Uncultured sludge bacterium A16(AF234726)和Rhodococcus sp. WTZ-R2(HM004214)为实验组好氧颗粒污泥的优势微生物菌群,而对照组好氧颗粒污泥的优势菌群为uncultured sludge bacterium A16(AF234726)。因此,Mn2+对好氧颗粒污泥的培养速度以及其成熟好氧颗粒污泥的物理化学和生物性质都具有重要的促进作用。2铁基填料(IOSP)由烧结矿、炭以及碳酸钙等原料经过一些列步骤高温烧制而成。通过选用性质较好的商品陶粒(CCP)作为对比,在实验室条件下进行上流式曝气生物滤池研究以说明铁基填料作为曝气生物滤池滤料的合理性以及可用性。研究结果表明,IOSP反应器只用了16天的时间就使得出水的CODCr浓度以及NH4+-N浓度达到稳定,而CCP反应器达到这一状态需要的时间是20天,也就是说IOSP反应器的挂膜速度快于CCP反应器；在这一过程中IOSP反应器的CODCr去除效率和NH4+-N去除效率一直高于CCP反应器；挂膜成功后,铁基填料上的生物量密度39.12mg/g而商品陶粒的生物量密度为25.95mg/g；在曝气条件下,由于滤料中含有较多的Fe元素,IOSP反应器表现出较高的总磷去除效率(最高总磷去除效率为64%,最低去除效率为42%),对于CCP反应器,其最高的总磷去除效率仅为16%,远不到IOSP的总磷最低去除效率；在低pH条件下,IOSP显示出较强的缓冲性并且其CODcr去除效率和NH4+-N去除效率一直保持原来的高去除效率,而在进行酸性处理后,CCP反应器的去除效率则是直线下降；出水元素分析证明,在这一阶段Fe元素的出现是导致酸性条件下IOSP反应器保持高效率的主要因素；在对C.I.Reactive.Blue19去除的研究中,IOSP反应器的出水浓度在每个时间点都小于CCP反应器出水浓度。因此,IOSP的各项性能都不同程度的好于CCP,它可以成为废水处理工艺中一种集生化、物化性能于一身的新型优质滤料。