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由于传统的生物脱氮工艺处理高氨氮废水最大缺点是出现碳源不足而导致脱氮效果不佳和运行成本高，因此采用新的脱氮工艺——全程自养脱氮（CompletelyAutotrophic Nitrogen removal Over Nitrtie，CANON）工艺，它具有不需碳源、节省曝气量从而节省运行成本、降低了温室气体的排放以及实现污泥减量化的优点；因此它是一种可持续发展的脱氮工艺。但是CANON工艺面临最大的困难是它启动时间长和其短程硝化稳定性能不佳。为了克服上述的难点，因此本文采用三组反应器来研究CANON工艺脱氮性能优化。本实验均采用人工配置高氨氮（NH4+-N浓度约400mg·L-1）废水为进水，且废水中不含有机物，陶粒反应器I和聚氨酯海绵反应器II均接种新鲜CANON污泥来启动CANON反应器，聚酯网反应器III接种反应器I、II启动稳定后的污泥来启动。反应器I以陶粒为填料，在水力停留时间（HRT）为9h，温度为30±1℃，pH为7.00~8.08条件下，直接在好氧环境中启动， CANON工艺大约花了60d时间就成功启动，TN去除率达到75.57%，即TN去除负荷达到0.79kg·(m3·d)-1。启动后的反应器能够长期维持较高脱氮效果和较稳定的短程硝化，TN去除负荷可达到1.10kg·(m3·d)-1，TN去除率可达到86.34%。反应器II以聚氨酯海绵为填料，先后接种不同新鲜度的CANON污泥，在HRT=9h、温度为30±1℃，pH为7.00~8.08下，直接在好氧条件运行，运行至62d后成功启动CANON工艺，TN去除负荷达到0.73kg·(m3·d)-1，TN去除率为70.21%。反应器III以聚酯海绵为填料，在HRT为9h，温度为26±1℃下，直接在好氧条件运行，运行至100d后成功启动CANON工艺，TN去除负荷可达到0.75kg·(m3·d)-1，TN去除率为70.79%。试验研究了填料对CANON工艺的影响，在DO控制在1.5~1.75mg·L-1之间，陶粒CANON反应器中短程硝化稳定性能和脱氮效果最佳，当DO大于1.75mg·L-1时，陶粒CANON反应器的脱氮效果维持不变，但CANON反应器中短程硝化稳定性遭受到破坏；聚氨酯海绵CANON反应器中短程硝化稳定性能和脱氮效果最佳的DO条件是DO维持在2.5mg·L-1左右，同时聚氨酯海绵填料CANON反应器对DO的适应范围强于陶粒填料的CANON反应器。通过3组反应器的长期运行，研究发现反应器I、II能够长期保持稳定运行，且脱氮效果较佳，而反应器III中短程硝化稳定性较差且脱氮效果也不佳；因此，陶粒和聚氨酯海绵均可作为CANON工艺的填料，而聚酯海绵填料并不太适合。试验研究了HRT对CANON工艺的影响，研究发现CANON反应器中短程硝化稳定性能随HRT缩短而稳定，但CANON反应器的脱氮效果不佳。因此选择适当HRT是非常重要的，以陶粒为填料时，CANON反应器中短程硝化稳定性能和脱氮效果最佳水力停留时间为7h，δNO3--N δTN值为0.127，且TN去除负荷达到1.122kg·(m3·d)-1；而以聚氨酯海绵为填料，CANON反应器中短程硝化稳定性能与脱氮效果较佳水力停留时间为7h，δNO3--N δTN值为0.103，且TN去除负荷达到0.863kg·(m3·d)-1。针对反应器中填料表面的沉淀物，试验研究沉淀物的形成的原因、成分以及它对CANON工艺的影响，研究发现：1）沉淀物成分是碳酸钙；2）填料形成沉淀物主要是化学、微生物和胞外聚合物共同作用导致的；3）沉淀物影响基质的传递，导致CANON反应器中去除效果不佳且反应器中的生物量下降。