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单级自养脱氮工艺是一种新型生物脱氮工艺，在同一个反应器内完成NH4+到N2的转化，以实现对NH4+-N的去除，在处理低C/N高氨氮废水方面具有简易、高效、能耗低等优点。本论文通过逐步提高进水NH4+-N浓度方式运行SBBR单级脱氮系统，探讨了DO和进水C/N对单级脱氮系统运行性能的影响，并通过对比系统内生物膜和活性污泥的脱氮活性，分析了系统内起主导脱氮作用的污泥形式及C/N对污泥活性的影响，同时利用氮素守恒和计量学原理对系统内NH4+的去除途径进行了分析。 采用SBBR反应器运行单级脱氮系统，运行过程中反应器进水COD浓度稳定在250mg/L，NH4+-N浓度从250mg/L逐步提升至750mg/L。在进水NH4+-N为750mg/L，温度（30±2）℃，pH值7.8~8.2，HRT为48h，DO为3.0~3.5/0.2~0.4mg/L，曝/停比为2h:2h时，系统内TN和NH4+-N去除率可分别达到97％和99%。DO是影响SBBR单级脱氮系统脱氮性能的关键因素之一，应随进水NH4+-N浓度的改变而进行调整，当进水NH4+-N浓度从250mg/L提升到750mg/L时，DO相应从1.5mg/L提升至3.5mg/L。当进水C/N为0.33~1.0时，系统具有较高的脱氮性能，C/N不是影响系统脱氮性能的关键因素。采用PCR-DGGE技术对系统内微生物群落进行研究，结果表明系统内同时存在氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌。 以SBBR单级脱氮系统内的生物膜和活性污泥为研究对象，研究了生物膜和活性污泥的氨氧化活性、亚硝酸盐氧化活性、短程反硝化活性、全程反硝化活性、厌氧氨氧化活性及厌氧氨氧化和反硝化协同脱氮活性。结果表明，生物膜的脱氮活性均高于活性污泥，是系统内起主要脱氮作用的污泥形式。与前期研究结果对比分析表明，C/N会对污泥脱氮活性产生影响。在进水COD浓度为250~300mg/L条件下，当进水C/N为1.20时，COD是影响氨氧化和厌氧氨氧化活性的限制因素。当进水C/N为0.33时，NH4+-N是影响氨氧化和厌氧氨氧化活性的限制因素。 以SBBR单级脱氮系统内的污泥为研究对象，结合氮素守恒和计量学原理对系统内NH4+的去除途径进行了分析。结果表明，有机碳源条件下，SBBR单级脱氮系统内NH4+-N的转化率为98.8%。其中有65.8%NH4+经短程硝化-厌氧氨氧化脱氮途径转化成N2去除，19.7%通过短程硝化反硝化转化成N2去除，6.2%通过全程反硝化转化成N2去除，4.0%通过厌氧氨氧化和全程硝化反应转化成NO3-，0.1%被转化成NO2-，4.2%通过氨吹脱去除，系统内的主导脱氮途径为短程硝化-厌氧氨氧化途径。系统内COD的去除率为86.7%，其中33.8%通过反硝化菌去除，52.9%通过其它异养菌去除。 有机碳源的加入，促进了SBBR单级脱氮系统内反硝化菌的繁殖，反硝化菌与氨氧化菌和厌氧氨氧菌共同形成了多种脱氮功能菌种共存的脱氮系统，使系统内的脱氮途径变得多样性。厌氧氨氧化菌和反硝化菌形成协同脱氮作用，提高系统TN去除率。 论文研究结果为SBBR单级脱氮工艺应用于低C/N高氨氮废水的实际处理提供了理论支撑。 本研究得到国家水体污染控制与治理重大专项课题（2009ZX07104-002）、教育部重大项目（308020）的资助。