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厌氧氨氧化（Anammox）菌广泛存在于淡水与海洋环境之中。基于氨氧化菌（AOB）和Anammox菌的全程自养脱氮工艺（Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON）相比于传统的硝化-反硝化工艺,能节省60%左右的曝氧能耗且无需消耗外源有机碳源,且在基建及运行费用、能源消耗及回收方面具有优势,是经济且环境友好的新型污水脱氮工艺之一。然而,CANON工艺存在的启动周期长、生物产率低、去除负荷低、运行性能极易受运行条件制约等缺点限制了其工业化应用。本文通过富集Anammox混培物,并构建上流式活性污泥床反应器,通过控制HRT和调整进水总氮负荷（TNLR）以及外加Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）等工艺调控手段,研究了Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）对CANON工艺的启动及运行性能的作用,解决CANON工艺菌群不平衡、颗粒化困难等问题,提出基于铁元素价态调控的工艺脱氮性能强化策略,为CANON系统高效运行和工业化应用提供理论依据和技术支持。具体研究内容与结果如下:（1）为CANON工艺提供Anammox菌源,构建试验室规模的UASB反应器。接种污水处理厂二沉池活性污泥来启动Anammox工艺,通过氮负荷调节和外源添加Fe（Ⅱ）等措施来强化Anammox性能,富集培养Anammox颗粒污泥。试验结果表明经过负荷调控（包括基质负荷和水力负荷）,反应器TNRE达到83.34±2.96%,化学计量比REANE与REANA分别为1.10±0.08和0.28±0.05,接近理论值的1.32和0.26,Anammox反应成为系统主导反应。Stover-Kincannon模型和二阶动力学模型对系统拟稳态数据的拟合结果具有较高的相关系数,适合描述Anammox运行性能。Stover Kincannon模型预测TNEEmax=25.4 kg m-3 d-1,远高于试验值14.4 kg m-3 d-1,表明系统具有良好脱氮潜能。Anammox系统经过长期运行,颗粒化明显,大于2.00mm的颗粒污泥占总污泥颗粒的58.3%。EPS中PN/PS比值相比于文献报道的仍在较低水平,污泥沉降性能较好。随着污泥粒径的增大,EPS中检测出的铁含量逐渐变少,与此相对的污泥中铁含量逐渐增大,表明Anammox菌在富铁环境中易累积铁,提升厌氧氨氧化工艺的脱氮性能。（2）为强化以活性污泥为种泥启动的CANON工艺,试验构建了平行运行的三组上流式活性污泥床反应器,处理模拟废水,研究不同价态铁对CANON工艺的启动及运行性能的影响,并探究其菌群结构演变特征。试验结果表明,低浓度Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）的存在促进CANON系统脱氮能力,同时也促进污泥EPS的生成,本试验最佳Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）浓度是5.3mg L-1。继续提高铁浓度不会有效增加CANON系统脱氮性能,8.3mg L-1的Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）与2.3mg L-1的Fe（Ⅱ）（Ⅲ阶段的R1、R2和R3）对脱氮的作用效果相同。5.3mg L-11 Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）的存在促使EPS中PN和PS含量增加。由于EPS及污泥菌体对铁的吸附,各反应器进水中停止加入Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）后,在较长一段时间内污泥中残留的Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）仍然对反应器运行性能存在促进作用。即便提高基质浓度出现基质抑制情况,经过长期的运行脱氮性能也能得到提高。高通量测序结果,Nitrosomonas和Ferruginibacter作为优势菌属被检测出,然而由于测序深度不够,各反应器并未直接检测出Anammox菌属。Anammox菌过少是造成系统脱氮性能长期无法得到进一步提升的关键限制因素。（3）为进一步强化CANON工艺运行性能,将高效Anammox污泥接种于CANON工艺之中,探究不同铁离子对脱氮性能、功能菌的活性变化以及污泥特性的影响。试验结果表明,反应器接种Anammox颗粒污泥后,系统自养脱氮能力得到强化,但DO等条件的改变仍然会对其造成影响。低浓度的Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）(2.3 mg·L-1)对反应器的自养脱氮能力都具有促进作用,且Fe（Ⅱ）的促进效果优于Fe（Ⅲ）。高浓度的Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）(8.3 mg·L-1)对反应器的自养脱氮能力都具有抑制作用,且Fe（Ⅲ）的抑制效果强于Fe（Ⅱ）。随着加入的铁元素浓度增加,Fe（Ⅱ）抑制了AOB菌活性,Fe（Ⅲ）同时抑制了AOB菌和NOB菌的活性,CANON反应速率和Anammox速率都受到较为严重的抑制,导致反应器R1和R2的脱氮能力下降。经过高通量测序分析发现,变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和浮霉菌门（Planctomycetes）始终是占有优势地位的菌群。Candidatus Jettenia和Candidatus Brocadia作为Anammox的优势种群,Nitrosomonas作为AOB的优势种群。Fe（Ⅱ）的存在抑制AOB菌增长的同时使得Anammox菌各种类的丰度更加平均;Fe（Ⅲ）的存在降低了微生物多样性。KEGG分析发现,代谢过程中的基因丰度并未随着进水Fe（Ⅱ）或Fe（Ⅲ）浓度增加发生明显变化,意味着群落中的微生物通过功能演替来适应进水Fe（Ⅱ）或Fe（Ⅲ）浓度变化的过程。