半短程硝化工艺和厌氧氨氧化工艺是高效、经济、节能的新型自养生物脱氮工艺。本研究主要探讨了半短程硝化工艺单元的启动方法及其稳定运行策略，并对其关键操作参数进行响应面优化。对厌氧氨氧化工艺进行了进水方式优化，对比研究了多点和单点进水对厌氧氨氧化工艺的影响;同时，探究温度、盐度和钙离子浓度对厌氧氨氧化工艺脱氮性能及其颗粒污泥特性的影响。本研究主要结果如下:　　(1)采用先全程后半短程硝化启动策略(CNin-PNsub)，在气提式内循环反应器(ILAR)内成功启动并稳定运行半短程硝化工艺，验证了该策略的可行性。结果表明:全程硝化工艺启动后通过调控碱度与进水氨氮的摩尔比(Alk/NH4+-N)可成功启动半短程硝化工艺。当Alk/NH4+-N=1.0 mol mol-1，DO=1.24±0.71 mg L-1，FA=3.99±2.29 mg L-1，FNA=0.69±0.30 mg N L-1的条件下，亚硝酸盐积累率可高达98％，亚硝酸盐的最大产率可达0.91 kg N m-3 d-1。稳定运行后，半短程硝化工艺出水中亚硝酸盐和氨氮摩尔比为1.15±0.06，能够较好的满足后续ANAMMOX工艺对进水基质的需求。采用修饰的Stover-Kincannon模型进行动力学模拟分析，可得模型参数饱和常数(KB)5.8kg m-3 d-1、最大氨氮消耗速率（Umax）5.4 kg m-3 d-1。　　(2)在ILAR中成功启动并稳定运行半短程硝化工艺后，本试验采用响应面设计对半短程硝化工艺性能进行优化试验。该试验以出水NO2-N/NH4+-N和亚硝酸盐积累率为优化目标，对进水氨氮浓度(NH4+-Ninf)、反应器内DO和Alk/NH4+-N进行优化组合。由试验结果分析可知，立方回归模型和二次模型能够较好的拟合出水NO2--N/NH4+-N和亚硝酸盐积累率，其中DO、 Alk/NH4+-N和NH4+-Ninf最优范围分别为1.1～2.1 mg L-1，3.30～5.69和608～1039 mg L-1。验证试验值与建立的模型预测值能够较好地吻合。此外，碱度类型优化试验表明，在碳酸钠、氢氧化钠和碳酸氢钠中，碳酸氢钠最优。　　(3)采用两个构型完全相同的升流式厌氧氨氧化反应器，分别采取单点和多点进水方式（对应反应器分别为R0和R1），在不同水力停留时间(HRT=2.06-1.52 h)或进水氨氮浓度（NH4+-Ninf=70-266 mg L-1）条件下，对其厌氧氨氧化脱氮性能进行对比研究，实现了进水方式的优化。研究结果表明:随着HRT的减小或NH4+-Ninf的增加，两反应器内基质去除效率均降低。修饰的Stover-Kincannon模型能够较好的模拟反应器内的动力学过程。此外，有关HRT和NH4+-Ninf的经验模型能较好的拟合R1。采用冲击试验对两反应器的耐负荷冲击能力进行评估。结果表明:R1较R0运行稳定;其中，在基质浓度冲击试验中表现尤为突出。此外，还考察了R1和R0内厌氧氨氧化颗粒污泥特性，明确了进水方式对其产生的影响。　　(4)采用4个UASB反应器对比探究了温度、盐度和钙离子浓度对厌氧氨氧化工艺脱氨性能的影响。平行运行UASB反应器后将R1反应嚣置于25-9℃的室温环境，R2、R3和R4仍在35±2℃的环境中运行。试验结果表明低温和高盐度不利于氮素去除。厌氧氨氧化菌(AnAOB)在较低室温条件下能够逐渐适应15gL-1的氯化钠浓度，其氮素去除负荷(NRR)为1.34±0.12 kg N m-3d-1。当R4反应器进水中氯化钠浓度15g L-1时，NRR等于1.90±0.01 kg N m-3 d-1。此外，还采用沉降试验探究了厌氧氨氧化颗粒污泥的分形维数及其渗透性，结果表明颗粒污泥表面多孔具有一定的渗透性。　　(5)采用UASB反应器对比研究了温度、盐度和钙离子浓度对厌氧氨氧化颗粒污泥理化特性的影响。试验结果表明较高盐度使得AnAOB的内部结构及其代谢途径发生改变。低温和细胞溶解降低了颗粒污泥的生物活性和机械强度，使得颗粒污泥的表面积增大。在盐度胁迫下，152 mg L-1的钙离子能够减少AnAOB发生胞溶现象，同时避免AnAOB胞内结构变化。钙离子可增加颗粒污泥的机械强度和颗粒密度，而且可增强颗粒污泥的沉降性能，但降低了颗粒粒径和VSS/SS。同时，钙离子沉淀降低了厌氧氨氧化颗粒污泥的脱氮活性。