厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺以其低曝气量、无碳源投加、低污泥产量、低温室气体排放量等显著优点,成为生物脱氮领域最具发展前景的技术之一。但厌氧氨氧化菌(AnAOB)缓慢的倍增速度及系统的不稳定性阻碍了厌氧氨氧化技术的持续发展,研究厌氧氨氧化系统的快速启动及厌氧氨氧化污泥的颗粒化有利于厌氧氨氧化技术的实际推广。本文对新型气提式氮气内循环厌氧氨氧化反应器的快速启动方式及脱氮效果进行评价,分析了稳定运行阶段反应器内微生物群落结构特征,并从污泥活性、胞外聚合物(EPS)等角度对比了不同粒径厌氧氨氧化污泥的性质,以期为厌氧氨氧化工艺的快速启动及厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径评价与优化提供建议,主要研究结果如下:反应器性能评价:(1)针对传统升流式厌氧污泥床反应器(UASB)易产生死区等问题,本实验采用新型气提式氮气内循环厌氧氨氧化反应器以实现反应器内部良好的混合状态,启动过程中,进水溶解氧(DO)负荷是anammox工艺启动的一个重要控制因素,通过增大HRT以降低溶解氧负荷对厌氧氨氧化菌富集的影响,并逐渐提升进水基质浓度以提升氮负荷(NLR),最终历经35d成功启动厌氧氨氧化工艺。稳定期内,NH4+-N与NO2--N的平均去除率分别为86.27%与90.29%,对总氮(TN)的平均去除率为81.27%,氮负荷达2.6 kg/(m3·d),脱氮负荷(NRR)达2.12 kg/(m3·d)。最终新型气提式氮气内循环厌氧氨氧化反应器实现了高效的脱氮性能。(2)高通量测序结果表明,在本实验的5组不同粒径样本中,厌氧氨氧化菌(AnAOB)在AMX2(0.5～1.0mm)中获得最大富集,AnAOB的优势菌属主要为Candidatus Brocadia 和 Candidatus Kuenenia,且发现Denitratisoma 与 Candidatus Brocadia的丰度随着粒径的变化具有相似的变化趋势,推测,在气提式氮气内循环anammox反应器中Denitratisoma与Candidatus Brocadia可能存在某种复杂的协同作用机制。粒径评价:(1)活性测试与EPS测试结果表明,颗粒污泥的厌氧氨氧化活性(SAA)明显高于絮状污泥,其中 AMX2(0.5～1.0mm)的 SAA 最高,为 345mgNH4+-N/(g·VSS.d),随着颗粒粒径的增大,SAA逐渐降低;由于进水溶解氧负荷的影响,絮状污泥中仍有少量氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的存在,颗粒中几乎不含AOB与NOB;(2)AMX4(1.5～2.0mm)中LB-EPS的含量较低,推测AMX4的颗粒稳定性可能要高于其他颗粒。除 AMX5(>2.0mm)外,SAA 与 S-EPS、LB-EPS、TB-EPS、总EPS的含量均呈正相关,可见厌氧氨氧化污泥的SAA与EPS的相互作用关系,当污泥粒径较小时,内部传质阻力较小,较高的SAA促进了 EPS的合成,SAA降低时,EPS的合成能力也自然降低,而当粒径较大,传质阻力增大时,EPS阻碍了 SAA的继续提升;厌氧氨氧化污泥的SVI值与PN/PS之比呈现负相关,即PN/PS的值越大,沉降性能越好。在0～2mm粒径范围内,SVI与总EPS的关系也呈显著负相关,总EPS含量越高,沉降性能越好。(3)总结而言,粒径为0.5～2.0mm的anammox颗粒污泥具有相对较高的SAA及AnAOB丰度、较好的沉降性能与颗粒稳定性,将anammox颗粒污泥的粒径培育在0.5～2.0mm范围内对于anammox系统的稳定运行较为重要。