微生物的功能多样性对元素价态的转换存在协同作用是自然界关键的生态调节策略,充分利用这种策略,实现不同微生物的功能组合,可以发展废水处理新工艺。以Anammox技术为核心的众多耦合工艺就是利用这种策略的有益尝试,但均存在一定的局限性,包括硝酸盐的累积、微生物之间的底物竞争、毒性及排泥对Anammox菌积累的影响等。在对相关理论研究的基础上,本论文尝试了一种以Anammox和自养反硝化两种功能微生物的代谢协同为基础的新型自养脱氮模式,并进行了化学信息与微生物特征相关联的实验和理论研究。通过以静态批次实验的含氮污染物作为研究对象,把FeS投加量、NO₃^--N/NO₂^--N比值、Anammox和自养反硝化生物量之比作为反应控制条件,讨论了两种功能菌之间代谢产物互补的合作机制。研究发现过量的FeS投加在保证自养反硝化过程的彻底性之外,并不显著影响Anammox菌的代谢活性;提高NO₂^--N在电子受体中的比例,会使微生物复合群落处于代谢底物竞争关系之中,对TN的去除产生负面影响;Anammox生物量的增加加深了复合群落的合作程度,当初始NH₄⁺-N与NO₃^--N的化学计量比小于0.85时,可以实现TN浓度趋零。结果表明,通过认识微生物之间的交互作用,寻求复杂微生物群落功能的规划或调控,可以设计出更加合理的废水处理工艺,达到低物耗投入条件下目标污染物的高效去除。在批次多因素实验的基础上建立了连续流的生物流化床反应器平台,探究了Anammox与自养反硝化耦合体系长期运行的脱氮性能及微生物群落结构演变。在进水氮负荷为8.33 mg N·（L·h）^-1且NO₃^--N/NH₄⁺-N为1.0的情况下,反应器对NO₃^--N和NH₄⁺-N的去除率可分别达到100%和72.63%。自养反硝化过程起到为Anammox过程提供充足NO₂^--N的作用,并保证了体系中NO_x^--N的完全去除,而Anammox过程则保证了进水TN的高去除率,其对TN去除的贡献率保持在80%以上。在长期运行过程中,执行自养反硝化功能的Thiobacillus和执行Anammox功能的Candidatus Kuenenia均在反应器中实现了良好的保留,其相对丰度分别为20.32%-23.64%和3.52%-8.67%。此外,由于FeS的双元素提供电子特性,反应器可保持稳定的pH值和产生较少的SO₄^2-副产物,同时覆盖在污泥表面的FeS逐渐转化为片状的次生矿物FeOOH。以上研究工作将为废水中含氮污染物的去除提供新的节能降耗途径。