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有机物和氨氮是废水中的主要污染物。传统废水生物处理工艺——硝化反硝化首先将氨氮完全氧化为硝酸盐，然后在缺氧条件下以有机物为电子供体将硝酸盐还原为氮气，这种工艺的缺点是增加了污水处理厂的能耗和物耗。将甲烷化、厌氧氨氧化和反硝化耦合在一起达到同时去除有机物和氨氮，是对传统废水处理工艺的一种突破，但是NOx--N的存在不但会提高系统氧化还原电位，而且会直接抑制甲烷化活性，促使反硝化总是先于甲烷化进行，NOx--N耗尽时，甲烷化反应才能得到恢复，因此当进水COD浓度过高时，厌氧氨氧化菌和甲烷菌因基质缺乏而处于劣势，不利于甲烷化、厌氧氨氧化和反硝化耦合工艺的推广。本研究开发的SEGSB-SBR集成工艺采用序批式运行方案，避免高浓度COD和NO2--N同时存在，实现了产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌三者空间上的耦合，甲烷化、反硝化和厌氧氨氧化时间上分阶段运行，且具有能耗低、脱氮效率高以及回收生物能源甲烷等特点，适用于COD/NH4+-N变化范围宽的废水生物处理。研究取得主要结果如下:
(1)将控制DO在0.5～1mg/L，通过pH值控制曝气历时，在SBR中实现了常温低氨废水的短程硝化;短程硝化反应器能在COD小于130mg/L时长期稳定运行，低浓度COD条件下，异养菌的存在能够创造限氧微环境，有利于AOB的生长，同时异养菌能够产生胞外聚合物，有利于短程硝化SBR反应器形成生物膜或生物絮体，减少游离AOB的数量，降低AOB流失量;高碱度对短程硝化具有促进作用，当进水碱度由1.19g/L提高到4.17g/L时，NAR由54.63％增加至83.91％。
(2)连接稳定运行的短程硝化SBR反应器和甲烷化SEGSB反应器，形成具有甲烷化、短程硝化反硝化和ANAMMOX功能的集成工艺。当进水COD为4500mg/L，NH4+-N为90mg/L～170mg/L时，控制内部体积交换比为20％、40％和57％，结果表明当内部体积交换比为57％时，SEGSB-SBR集成系统对COD和氨氮去除最高，集成工艺的运行性能较好。
(3)SEGSB-SBR集成工艺可以根据进水基质浓度灵活调整工艺运行参数。通过控制反应时间和体积交换比，利用产甲烷作用，降低有机物浓度至低于对厌氧氨氧化的抑制水平，同时也减少了有机物好氧降解和缺氧降解时与自养菌竞争电子受体的可能性;利用反硝化和厌氧氨氧化，将亚硝酸盐充分还原，避免了亚硝酸盐对下一周期甲烷化作用的抑制。当进水NH4+-N浓度为40mg/L～90mg/L、COD浓度为200mg/L～4500mg/L时，根据不同进水浓度调整反应器的水力停留时间，控制内部体积交换比为57％、进水pH值6～8之间、SEGSB温度为30～35℃、SBR温度为20～25℃以及DO在0.5～1mg/L，系统NH4+-N、TN和COD的去除率分别为74.38％～83.65％、72.68％～83.12％、88.34％～98.86％。NH4+-N和TN去除率随着C/N比的降低而降低，COD去除率随着SEGSB体积负荷的降低而逐渐降低。
(4)碳、氮质量平衡分析结果显示，SBR中的TN去除量占TN去除总量的29.04％～37.97％，SEGSB的TN去除量占TN去除总量的62.01％～64.62％，其中ANAMMOX占26.35％～58.64％，短程反硝化占0～32.80％，全程反硝化占4.13％～7.16％，随着C/N比的降低，厌氧氨氧化对TN去除贡献逐渐增加，短程反硝化对TN去除的贡献逐渐降低，表明C/N比降低有利于缓解COD对ANAMMOX的抑制作用;甲烷化去除COD分别占系统COD去除量的70.89％～98.79％，随着C/N比的降低，甲烷化对COD的去除贡献逐渐降低。
(5)SEGSB反应器和SBR反应器中微生物菌群的分析结果表明，SEGSB反应器中存在产甲烷菌、浮酶状菌门和变形菌门;SBR反应器中以AOB为优势菌，同时含有少量NOB和AOA，这为集成工艺中发生甲烷化、短程硝化反硝化和厌氧氨氧化提供了生物学证据。
(6)建立了集2步硝化反硝化、甲烷化、厌氧氨氧化为一体的甲烷化和生物脱氮耦合动力学模型，模型经校核后能对SEGSB-SBR系统做出较好模拟，可以作为指导SEGSB-SBR集成工艺进一步研究、设计和运行优化的手段。