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目前，我国90％左右的城市固体废弃物采用填埋法处理，填埋产生的渗滤液危害十分严重，我国垃圾渗滤液处理95％以上达不到排放标准。此外，伴随着垃圾渗滤液新排放标准的实施(GB16889-2008.07.01，2011年7月执行)，对出水水质指标(TN, NH4+-N TP COD)的排放浓度限值作了更加严格的规定，这无疑在原有垃圾渗滤液处理技术并不完善的基础上，又进一步增加了其处理的难度。
垃圾渗滤液作为一种高浓度、多组分、多变化的污水，难于处理的主要原因在于其特殊的水质特点。垃圾渗滤液5水质大特征：①有机物组分众多：②氨氮含量较高；③营养元素比例失调；④水质复杂；⑤磷含量偏低，这些特征决定了常规的、单一的处理方法并不可行。
生物法是污水处理中最经济、有效的处理技术，被广泛应用于污水处理领域。该方法最主要的优势在于能够实现有机物和氮的真正去除，而非“污染转嫁”。这是因为通过生物处理，可将污水中的有机物氧化CO2和H2O，氨氮通过硝化作用-反硝化作用转化成N2，而从水中溢出。
基于上述背景，本课题以实际垃圾渗滤液为考察对象，主要研究目标包括：
(1)探寻适合城市垃圾渗滤液处理的、经济高效的厌氧-好氧生物处理及短程生物脱氮新技术，实现渗滤液内有机物和氮的同步、深度去除：
(2)建立常、低温条件下，仅利用渗滤液水质特征和简单控制参数，实现好氧反应器内稳定短程硝化的新途径，有效解决短程硝化的技术瓶颈；
(3)基于FISH技术和SEM技术，考察好氧反应器内微生物种群特性，实现生物脱氮硝化菌种群筛选和优化；
(4)利用好氧反应器内具有良好短程生物脱氮特性污泥，进行反硝化动力学批次试验，以获得对污水处理厂运行具有重要指导意义的动力学参数值。
本课题基于大量的、长期的试验研究和理论分析，建立了适合垃圾渗滤液处理的UASB-SBR和UASB-A/O生化系统，并获得了稳定的短程生物脱氮新技术。基于处理效果、微生物特性和动力学3方面开展研究，623天的试验结果表明：
(1)获得了有机物和氮同步、深度去除
采用UASB-SBR和UASB-A/O生化系统处理垃圾渗滤液，将有机物去除和脱氮反应分别在各自的反应器内进行，具有独特优势。
a)UASB-SBR和UASB-A/O生化系统。该生化系统实现了渗滤液内的有机物和氮的同步、深度去除。在进水COD为1000～13800mg/L的条件下，出水COD稳定在150.1～1234mg/L，去除率为90％以上：在进水NH4+-N为574～2360mg/L条件下，出水NH4+-N稳定在20mg/L以下，去除率在99.0％以上。UASB-SBR系统最终出水TN低于30mg/L，实现了氮的深度去除。
b)UASB-脉冲式SBR生化系统。在较低温度（16.1℃，15.2℃和13.1℃）条件下，脉冲式SBR系统实现了稳定的短程生物脱氮。采取分批进水方式，能够明显节省外碳源投加量，亚硝积累率在90％以上，最终出水TN低于25mg/L左右。此外，反应过程DO、ORP和pH曲线的特征点与“三氮”的转化具有非常好的相关性，可作为脉冲式SBR处理垃圾渗滤液短程生物脱氮过程的控制参数。
c)序批式生物膜反应器(SBBR)系统。在初始COD为122～2385mg/L的情况下，出水COD稳定在23～390mg/L，在初始NH4+-N为40～396.5mg/L的情况下，出水NH4+-N稳定在0～41.2mg/L。SBBR系统发生了明显的SND现象。当DO分别为0.45mg/L和1.19mg/L时，TN去除率分别为73.8％和30％左右。
(2)建立实现短程硝化新途径新方法
a)首次提出采用游离氨(FA)协同过程控制（以pH为参数）实现SBR系统内短程硝化的新方法。基于此方法，实现了微生物种群的优化，氨氧化菌(AOB)成为优势菌属，使UASB-SBR生化系统维持了长期稳定的短程生物脱氮，成功跨越2个冬季，亚硝积累率(NAR)在90％以上。
b)首次提出利用FA协同FNA辅以pH实现A/O系统短程硝化的新方法。基于此方法，实现了微生物种群的优化，AOB成为优势菌属，使UASB-A/O系统实现持久、稳定的短程硝化，亚硝积累率(NAR)均在90％以上，即使在最低温度11.2℃时。
(3)实现了微生物种群优化
a)SBR系统内微生物种群：全程生物脱氮期间，镜检发现活性污泥系统生物相十分丰富，包括累枝虫属(Epistylis)，钟虫属(Vorticella)；遁虫(Aspidisca)和草履虫(paramecium)。短程生物脱氮期间，FISH分析表明，活性污泥系统硝化菌群中AOB约占4.6％，NOB小于0.3％，AOB成为优势菌属。SEM分析表明，活性污泥系统中以椭球状的亚硝化球菌属（Nitrosococcus）和杆状的亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）为主。
b)A/O系统内微生物种群：短程程硝化阶段，FISH分析表明：AOB约占活性污泥系统中所有活性细菌的3.2％，未检测出NOB，AOB成为优势菌种。SEM分析表明：活性污泥系统中应包含大量的亚硝化球菌属（Nitrosococcus）和亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）。
c)SBBR系统内微生物种群：当SBBR系统处于硝酸型SND和亚硝酸性SND共存期间，镜检发现活性污泥系统内存在大量的累枝虫(Epistylis)和少量的遁虫(Aspidisca)。当SBBR系统处于亚硝酸性SND期间，FISH检测发现，AOB约占所有活性细菌的2.6％，NOB小于0.1％，AOB成为优势菌属。SEM检测发现，载体形成了纵横交错的骨架，内部存在大量的空隙，附着大量的微生物群体。在活性污泥絮体内部，含有亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）和亚硝化球菌属（Nitrosococcus）。
(4)进行反硝化动力学研究
基于SBR系统内具有良好短程生物脱氮特性的活性污泥，进行批次试验：
a)pH对以NO2--N为电子受体反硝化动力学常数具有明显影响。在本试验所设定4个pH值(6.5，7.0，8.0，8.5)条件下，不同pH下的Monod方程主要差别体现在曲线一级反应部分的长短不同，由此导致动力学参数（Ks和k)差异较大，pH8.0的Ks和k最大，分别为15.77mg/L和0.51gN/gVSS·d。
b)DO对NO2--N的还原过程具有明显的抑制作用，对NO2--N为电子受体的溶解氧抑制系数K＇0有显著影响。在不同DO浓度范围内，K＇0值存在明显的分段现象，且恒定。DO≤0.4mg/L时，K＇0=0.351mg/L；当0.4mg/L≤DO≤0.72mg/L时，K＇0=0.059mg/L，当0.72mg/L≤DO≤1.03mg/L时，K＇0=0.031mg/L。
c)FNA对NO2--N的还原过程具有明显的抑制作用。在初始和恒定pH值两种条件下，Andrews和Aiba两种抑制模型能够较好的预测FNA对NO2--N还原过程抑制影响。在恒定pH8.0条件下，FNA对NO2--N的还原过程存在分段现象。当0mg/L＜FNA＜0.038mg/L时，FNA与NO2--N还原速率关系符合Monod方程；0.038mg/L＜FNA＜0.07mg/L时，NO2--N还原速率随FNA浓度的增加迅速降低；当FNA＞0.07mg/L时，NO2--N还原速率降至0.1mg/L以下，表明FNA几乎完全抑制了微生物的还原活性。