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短程反硝化厌氧氨氧化工艺是当前污水生物脱氮研究热点课题之一,极具工程应用前景。本论文主要研究内容是首先获取适宜的实现短程反硝化快速启动和低温下稳定运行泥源;之后研究了羟胺（NH2OH）提升短程反硝化活性和亚硝酸盐积累性能的可行性;最后通过投加NH2OH实现单级短程反硝化厌氧氨氧化系统的快速启动。单级短程反硝化厌氧氨氧化技术实现了高效和稳定同步去除氨氮和硝态氮的效果,为其有效处理城市污水和工业硝酸盐废水的应用提供了新思路。主要研究结果如下:（1）在3个完全相同的SBR反应器（S1、S2和S3）中分别接种:实验室城市污水反硝化除磷系统排泥、城市污水厂剩余污泥和河涌底泥,对比其短程反硝化启动的快慢和NO2--N积累特性,分析系统短程反硝化活性和NO3--N→NO2--N转化性能,并从微生物学角度阐明反应器内功能菌群特征。结果表明,在乙酸钠为唯一碳源、高p H（9.0±0.1）和COD/NO3--N比（3.0～3.5）进水条件下,3个SBR反应器在6～9 d内成功启动,系统平均NO3--N→NO2--N转化率为S1>S2>S3（75.92%>73.36%>69.90%）。同时发现持续低温（14.8℃）条件下S1和S2呈现不同程度的短程反硝化性能恶化趋势,但S3能够维持稳定且良好的NO2--N积累性能。微生物高通量测序表明,变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）主导短程反硝化系统群落,3个短程反硝化反应器NO2--N积累关键功能菌属Thauera属丰度差异明显:S3>S1>S2（25.09%>4.71%>3.60%）,表明S3具备稳定高效的NO2--N积累性能,同时高丰度Thauera属可能是维持低温短程反硝化活性的重要原因。（2）以第一部分研究获得的S3反应器短程反硝化污泥为研究对象,此污泥存放于4℃冰箱长达6个月,恢复运行后发现生物活性和亚硝酸盐积累性能均较低。为此,研究了NH2OH投加对短程反硝化污泥性能恢复的影响。NH2OH作为重要的厌氧氨氧化中间代谢产物,能显著提高厌氧氨氧化的反应速率和生物活性。然而,短程反硝化污泥在NH2OH投加影响下NO2--N累积性能的响应还缺乏全面的研究,这对短程反硝化和厌氧氨氧化耦合系统的高效运行至关重要。本试验首次阐明了短程反硝化污泥在初始0～50 mg/L NH2OH条件下NO2--N累积性能的变化。结果表明,投加NH2OH是提高短程反硝化微生物NO2--N积累的可行策略,NO3--N→NO2--N转化率由38.24±0.68%增加到80.47±2.82%,比对照组高出2.56倍NO2--N浓度。而高浓度NH2OH（35～50 mg/L）对NO3--N还原过程具有短暂抑制作用。通过酶活性测定进一步证实,在低剂量的NH2OH（0～20 mg/L）作用下,NO3--N还原酶活性显著提高,而NO2--N还原酶活性受到部分抑制;当NH2OH含量较高（>35mg/L）时两者均降低。此外,实时定量PCR结果显示,膜结合硝酸盐还原酶（membrane-bound nitrate reductase,nar G）功能基因显著上调,nar G基因主要与NO3--N→NO2--N部分脱硝还原过程有关。此外,NH2OH的加入有助于胞外多聚物（EPS）含量和EPS中蛋白质/多糖比值的增加,表明添加NH2OH能够维持PD聚集体的稳定性。（3）反硝化氨氧化（DEAMOX）工艺将短程反硝化与厌氧氨氧化集成在单一反应器中,作为一种很有前途的废水生物处理方法受到广泛关注。然而,DEAMOX系统的主要潜在问题是启动时间过长和在负载冲击和环境温度下运行不稳定。因此参考第二部分研究获得的提升短程反硝化性能最优的NH2OH溶液浓度（10 mg/L）,在两个主流的DEAMOX序批式反应器（SBR,R1和R2）考察了羟胺（NH2OH）添加（HA）和生物强化（BA）策略对系统室温启动和稳定的影响。结果表明,在超过340天的运行中,DEAMOX-R2以10 mg/L HA和1:25（anammox/PD,v/v）BA的比例,可在145天内达到97.22%的理想脱氮效率。与R1相比,在高BA比（1:12.5）但无HA的情况下,184天后总氮去除率略低（90.86%）。厌氧氨氧化对两个SBR的脱氮效果都有很大的贡献。在R2中,当C/NO3--N比为2.6时,NTR达到98.64%,而DEAMOX-R1则在较高C/NO3--N比（3.0）获得较低NTR（94.2%）。值得注意的是,尽管氮负荷率大于0.15 kg N/m~3/d,温度降低至14.6℃,R1脱氮性能很快恢复,出水总氮为4.21 mg/L,这主要归因于NH2OH的加入激活厌氧氨氧化菌群活性。定量微生物分析表明,丰富的NO3--N还原酶（nar G）基因表明系统较高的NO3--N还原率,而较高丰度的功能基因hzs A和hdh体现了anammox的高活性。异养反硝化细菌Thauera、Denitratisoma和unclassified f Comamonadaceae主导了NO2--N的积累。Candidatus Brocadia是厌氧氨氧化菌的优势菌属,其相对丰度在DEAMOX长期运行中保持稳定。