厌氧氨氧化（ANaerobic AMMonia OXidizing,ANAMMOX）技术由于具有高效、低耗和环境友好等特性已在废水处理方面受到研究者们的广泛关注。完成ANAMMOX过程的细菌能够在厌氧条件下以亚硝酸氮为电子受体,将氨氮氧化生成氮气。这种生物脱氮技术的研究历程虽已有十余年的历史,但至今仍未广泛应用于工程实践,而限制该技术应用的主要瓶颈在于ANAMMOX细菌生长速率较低所导致的工艺启动时间漫长,以及ANAMMOX细菌生长条件苛刻所导致的工艺应用范围较窄等方面。针对目前ANAMMOX研究中存在的问题,本文以在厌氧自养条件下长期培养的ANAMMOX菌群为研究对象,研究了通过采用外加电场和磁场提高ANAMMOX菌群活性来缩短工艺启动时间,以及开发以ANAMMOX技术为基础的多菌群耦合协同技术来扩大工艺应用范围的可行性。论文取得了一些创新性的研究成果,主要包括:（1）研究发现,外加磁场能够有效提高ANAMMOX菌群的厌氧氨氧化活性,进而缩短ANAMMOX反应器的启动时间。在磁场强度为16.8～95 mT范围内,ANAMMOX菌群的活性得到了显著提高:当强度为75 mT时,ANAMMOX菌群活性的提高值最大,达到50%;然而,强度过高的磁场则对ANAMMOX菌群活性产生了抑制效应。60 mT磁场ANAMMOX反应器的连续运行实验结果表明,和无磁场作用的对照实验相比,反应器的最高NH₄⁺-N去除负荷提高了30%,启动时间缩短了1/4。分子生物学实验分析结果表明在磁场作用下,ANAMMOX菌群多样性显著下降,而进行厌氧氨氧化反应的Plactomycetes sp.得到了有效富集,其占全部真细菌的比重大约由60%上升到80%。（2）研究表明,外加电场能够有效增强ANAMMOX菌群活性,进而缩短ANAMMOX反应器的启动时间。当电极电压为-0.05 V_SCE时,活性的提高值最大,达到20%。电场的作用也促进自养反硝化反应的发生,降低ANAMMOX反应副产物NO₃^--N的浓度。在-0.05 V_SCE工作电极电压下,运行电极.生物膜ANAMMOX反应器,和无电极电压作用的对照实验相比,反应器的启动时间缩短了1/5,总氮去除率也由80%提高到99.8%。分子生物学实验分析结果表明,在-0.05 V_SCE工作电极电压下,能进行厌氧氨氧化反应的Planctomycetes sp.得到了有效富集;自养通电驯化富集了氢自养型反硝化细菌Pseudomonas sp.,使得电极-生物膜ANAMMOX反应器具有良好的自养反硝化性能。（3）本研究证实ANAMMOX反应器能够实现尿素氮的有效去除。利用percoll密度梯度离心的方法得到了纯ANAMMOX细菌,批式实验结果表明其虽具有较高的厌氧氨氧化活性,但是并不具备尿素水解能力。采用平板稀释涂布的方法分离得到了一株能在厌氧自养条件下水解尿素的细菌。分子生物学分析表明这株尿素水解细菌是Bacillus sp.中的一种,被命名为Bacillus sp.LST-1。反应器中（NH₂）₂CO-N的去除过程包括Bacillus sp.参与的尿素水解生成NH₄⁺-N的反应以及接下来的Plactomycetes sp.完成的厌氧氨氧化反应。尿素水解过程与厌氧氨氧化过程联合工艺的开发,对于扩大ANAMMOX技术的应用范围具有重要意义。（4）ANAMMOX反应器可以同时去除NH₄⁺-N和SO₄^2-。这种过程是由NH₄⁺-N氧化和SO₄^2-还原反应,以及接下来的厌氧氨氧化反应两步所组成。分子生物学实验证实了一种和已知Planctomycetes sp.（DQ899895.1）序列相似性达92%的细菌在NH₄⁺-N和SO₄^2-存在条件下得到了强烈的富集,被命名为Anammoxoglobus sulfate。Anammoxoglobussulfate细菌在NH₄⁺-N氧化和SO₄^2-还原生成NO₂^--N的反应中起重要作用。此后,Planctomycetes sp.共同完成接下来的厌氧氨氧化反应以完成NH₄⁺-N和SO₄^2-的完全去除。以SO₄^2-为底物的厌氧氨氧化工艺的开发,对于扩大ANAMMOX技术的应用范围具有重要意义。（5）研究发现,ANAMMOX菌群能够在有溶解氧的条件下进行厌氧氨氧化反应。ANAMMOX反应器生物膜的最大好氧氨氧化活性为1.38 mmolNH₄⁺-N/（gVSS·day）,这对于消耗氧气保持厌氧氨氧化反应所需的厌氧条件具有重要作用。在溶解氧存在条件下,菌群的最大厌氧氨氧化活性轻微下降,从21.23 mmolNH₄⁺-N/（gVSS·day）下降到20.23mmolNH₄⁺-N/（gVSS·day）。分子生物学实验分析发现两株和Nitrosomonas eutropha（AY123795）序列相似性高达99%的细菌存在于反应器中,其在有氧条件下能转变其代谢模式好氧生长,从而保证Planctomycetes sp.代谢所必须的厌氧条件。能在进水中含有溶解氧的条件下培养ANAMMOX菌群,为ANAMMOX技术的工业化应用节省必要的曝惰性气体排氧的能源消耗费用。（6）盐度可以作为CANON工艺稳定运行的关键性控制因素之一。批式实验结果表明,10g╱L的NaCl在限氧条件下能较好的抑制亚硝酸氧化活性,进而增强好氧氨氧化活性和厌氧氨氧化活性。在反应器进水加入10g╱L的NaCl之后,出水NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度降低,反应器的总氮去除负荷从0.4 kgN/（m³·day）提高到0.6 kgN/（m³·day）,总氮去除率从54%提高到80%。分子生物学实验分析结果表明,和已知Nitrospira sp.（AY224041、DQ414438）基因序列存在最大相似性的细菌存在于CANON生物膜中,但在10 gNaCl/L条件下被逐渐竞争出反应器。相反,完成厌氧氨氧化反应的Planctomycetes sp.和完成好氧氨氧化反应的Nitrosomonas sp.在限氧盐度条件下被大量富集。本研究表明,CANON工艺能够有效处理含盐的高浓度氨氮工业废水。