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传统的脱氮工艺在经济和环境尺度上是不可持续的。探索传统硝化—反硝化工艺的替代方案,实现高含氮有机废水的可持续处理势在必行。基于厌氧消化技术开发脱碳脱氮集成工艺系统,在废水处理领域具有划时代意义。本文研究了不同氮素（氨态氮、硝态氮和亚硝态氮）胁迫强度对厌氧消化系统的影响,探究了工艺过程和运行性能;通过16S r RNA基因高通量测序,探究了微生物多样性和群落结构的演替规律;通过宏基因组学,探究了不同氮素对产甲烷过程的抑制机制和厌氧消化系统中的氮转化机制。具体研究结果总结如下:（1）不同接种物的性能与稳定性评价研究污水厂污泥、猪粪和水葫芦渣三种厌氧消化系统产生的沼气分别在第5、8和6天可以实现连续燃烧。污水厂污泥厌氧消化系统的动力学参数Rmax值（2,175m L/d）显著高于猪粪和水葫芦渣厌氧消化系统（1,196和1,468 m L/d）,且污水厂污泥厌氧消化系统中的微生物群落多样性较高,具有更多的功能模块,并实现了并行处理。因此,三种接种物的性能依次为:污水厂污泥＞水葫芦渣＞猪粪。此外,本研究建立了接种物筛选的系统评价方法,可为目标底物选择最佳的工程运行接种物。（2）氨态氮对厌氧消化系统的影响及其微生物学研究随着氨态氮胁迫强度的增加,微生物多样性逐渐降低。在低氨态氮胁迫强度下（NH4+-N浓度＜659.20±13.58 mg/L）,促进了氨态氮厌氧氧化为硝态氮和氮气,且产甲烷过程没有受到抑制。在高氨态氮胁迫强度下（NH4+-N浓度=5,660±458 mg/L）,没有发生氨态氮厌氧氧化为硝态氮,氨态氮厌氧氧化为氮气和产甲烷过程明显受到抑制。氨态氮主要对Methanolinea（甲烷绳菌属）活性产生了抑制。unclassified＿f＿＿Nitrososphaeraceaecor菌属主要参与了氨态氮厌氧氧化为亚硝态氮过程。norank＿f＿Anaerolineaceae（厌氧绳菌科）、Bellilinea菌属、unclassified＿f＿＿Enterobacteriaceae（肠杆菌科）和Lactobacillus（乳杆菌属）主要参与了反硝化作用过程;Bacillus（芽孢杆菌属）可以将一氧化氮转化为硝态氮。（3）硝态氮对厌氧消化系统的影响及其微生物学研究随着硝态氮胁迫强度的增加,微生物多样性逐渐降低,反硝化作用性能逐渐增强。在低硝态氮胁迫强度下（COD/NO3--N＞4.0）,产甲烷过程没有被抑制,且实现了厌氧同时反硝化产甲烷过程,没有发现硝态氮异化还原为氨。在高硝态氮胁迫强度下（COD/NO3--N＜4.0）,发生了硝态氮异化还原为氨过程,而产甲烷过程被完全抑制,且主要抑制了Methanosarcina（甲烷八叠球菌属）的活性。Lactobacillus（乳杆菌属）、unclassified＿f＿＿Enterobacteriaceae（肠杆菌科）、Thiobacillus（硫杆菌属）、Arenimonas（单胞菌属）、Bacillus（芽孢杆菌属）、Limnobacter（伯克氏菌属）、Thermomonas（热单胞菌属）、Pseudomonas（假单胞菌属）和Moheibacter菌属主要参与反硝化作用;Cloacibacterium菌属主要参与了硝态氮异化还原为氨过程。（4）亚硝态氮对厌氧消化系统的影响及其微生物学研究随着亚硝态氮胁迫强度的增加,微生物多样性逐渐降低,反硝化作用和亚硝态氮厌氧氧化为硝态氮性能逐渐增强。在低亚硝态氮胁迫强度下（NO2--N浓度=201±7.07 mg/L）,发生了亚硝态氮异化还原为氨过程,且产甲烷过程受到了一定程度的抑制。在高亚硝态氮胁迫强度下（NO2--N浓度=1,882±98.99mg/L）,产甲烷过程被完全抑制,且主要抑制了Methanosaeta（甲烷鬃菌属）和Candidatus＿Methanofastidiosum菌属活性。Lactobacillus（乳酸杆菌属）、unclassified＿f＿＿Enterobacteriaceae（肠杆菌科）和unclassified＿f＿＿Bacillaceae（芽孢杆菌科）主要参与了反硝化作用;Pseudomonas（假单胞菌属）和Rhodopseudomonas（红假单胞菌属）主要参与了亚硝态氮厌氧氧化为硝态氮过程;Clostridium＿sensu＿stricto＿1（梭菌属）主要参与了亚硝态氮异化还原为氨过程。（5）基于宏基因组学研究不同氮素对产甲烷过程的抑制及氮转化机制在NH4+-N系统中,当氨态氮浓度为5,660±458 mg/L时,氢营养型产甲烷途径（M00567）、乙酸营养型产甲烷途径（M00357）和甲基营养型产甲烷途径（M00356和M00563）均受到一定程度的抑制。在NO3--N系统中,当COD/NO3--N＜4.0时,氢营养型产甲烷途径（M00567）和甲基营养型产甲烷途径（M00356和M00563）被完全抑制,而乙酸营养型产甲烷途径（M00357）受到一定程度的抑制。在NO2--N系统中,当亚硝态氮浓度为1,882±98.99 mg/L,主要抑制乙酸营养型产甲烷途径（M00357）和甲基营养型产甲烷途径（M00356和M00563）,而对氢营养型产甲烷途径（M00567）抑制较弱。三种无机活性氮的对产甲烷过程的抑制强弱依次为NO2--N＞NO3--N＞NH4+-N。当氨态氮浓度小于659.20±13.58 mg/L时,发生了氨态氮厌氧氧化为硝态氮的生化反应。在氨态氮厌氧氧化为羟胺的代谢通路上主要富集了氨单加氧酶（EC 1.14.99.39）;在羟胺厌氧氧化为亚硝态氮的代谢通路上主要富集了羟胺脱氢酶（EC 1.7.2.6）;在亚硝态氮厌氧氧化为硝态氮的代谢通路上主要富集了亚硝酸盐氧化还原酶（EC 1.7.99.-）。当COD/NO3--N＞4.0时,实现了厌氧同时反硝化产甲烷过程。在硝态氮异化还原为亚硝态氮的代谢通路上主要富集了亚硝酸盐氧化还原酶（EC 1.7.99.-）和硝酸盐还原酶（EC 1.9.6.1）;在亚硝态氮异化还原为一氧化氮的代谢通路上主要富集了亚硝酸盐还原酶（EC 1.7.2.1）;在一氧化氮异化还原为一氧化二氮的代谢通路上主要富集了一氧化氮还原酶（EC 1.7.2.5）;在一氧化二氮异化还原为氮气的代谢通路上主要富集了一氧化二氮还原酶（EC 1.7.2.4）。