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城市污水和含氮工业废水的脱氮处理是污水处理厂的主要任务。传统生物法全程异养脱氮被广泛应用于含氮污水的处理。但是，随着污水排放标准的提高，传统生物脱氮处理工艺暴露出了较多的不足。例如，处理效率低、曝气能耗较高、剩余污泥处理处置费用高、外加碳源的需求增加运行费用等。 厌氧氨氧化是一个非常理想的自养脱氮过程，其中AAOB以氨氮为电子受体，亚硝酸盐氮为电子供体，将氨氮和亚硝酸盐氮均转化为氮气溢出而实现氮素的去除。此过程依靠少量亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮的过程产生能量来固定CO2以合成细胞菌体，污泥产率较低。同时，由于厌氧氨氧化工艺具有较传统脱氮工艺效率高，反应过程属于自养脱氮，不需要有机碳源等优点，因此，在脱氮工艺采用厌氧氨氧化工艺具有较好的技术经济优势。但是，厌氧氨氧化也存在对进水要求较苛刻，厌氧氨氧化菌生长缓慢等问题。 基于上述背景，本课题以典型的多基质废水—实际城市污水和合成氨废水作为研究对象，开展多基质环境自养-异养耦合脱氮工艺研究，主要研究内容及成果如下: (1)应用全程脱氮多级A/O反应器实现反硝化过程对城市污水原水中有机质的充分利用，达到了高效脱氮的目的。 多点进水多级A/O工艺在试验过程中表现出良好的污染物去除效果，反硝化对碳源的利用效率高，出水COD，氨氮和总氮均可满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准的要求。反应器内出现的后生动物-颤蚓对系统活性污泥具有污泥减容效果和减量效果而且未对系统脱氮能力产生影响。 (2)揭示了实际合成氨废水应用短程硝化反硝化脱氮的可行性和经济性。确定了其适合的启动和稳定运行参数。 采用A/O工艺处理高NH4+-N合成氨废水，在低DO、高FA和适宜HRT三种因素协同调控下可以实现稳定的短程硝化，并获得较高的有机物和氮去除率。相对于全程反硝化，合成氨废水应用短程硝化反硝化可以节约大约15％的碳源和50％的反硝化时间，短程比反硝化速率是全程比反硝化速率的2.2倍。在以甲醇为碳源长期运行的活性污泥系统中，选择性增殖的反硝化菌对甲醇以及作为甲醇的同源性有机物乙醇形成了良好的适应性，却对葡萄糖和乙酸等其它小分子易降解有机物产生了不适应性。 (3)揭示了常温废水自养anammox工艺的启动过程特性，提出了快速启动方法。 经历了150d的培养后，自养厌氧氨氧化反应器获得了稳定的厌氧氨氧化效果。系统NRR稳定在了1 kgN/(m3.d)。AAOB的比增长速率为0.0185d-1，对应的倍增时间为37d。原水中DO浓度变化对自养厌氧氨氧化效果影响较小。 批式试验结果表明:在15～35℃之间SAA呈线性增长(R2=0.98)，35℃时SAA最大，系统的活化能(Ea)为55.9kJ/mol，Q10为1.0。40C时SAA略有下降。连续流试验中，反应器启动培养温度为24-26℃，当温度下降到22-23℃时，NRR仅下降了7％，当温度升高到30-31℃时，NRR也仅增加了20％。 (4)解析了多基质环境中厌氧氨氧化菌与异养反硝化菌的竞争关系、活性变化和抑制特征。试验结果表明: 1)甲醇导致自养环境培养的AAOB活性损失最大为47.82％，乙醇次之，正丁醇活性损失略大于正丙醇。非醇类有机物中，乙酸钠提高了AAOB活性27.05％，而丙酸钠、葡萄糖、乳糖和蔗糖等对AAOB活性的影响较小，葡萄糖表现出最大的抑制作用也仅为6.49％。 2)经驯化的甲醇反硝化菌，以甲醇为短程反硝化基质时短程反硝化的亚硝酸盐氮比降解速率最大为0.251 kg.(kg.d)-1，以乙醇、正丙醇和乙酸钠为反硝化基质时，速率分别为甲醇为基质时的95％、85％和43％。葡萄糖则很难被其利用。 3)在正丙醇存在条件下，自养环境培养的AAOB和甲醇反硝化菌混合菌群中AAOB活性下降超过90％，AAOB在与甲醇反硝化菌的竞争中处于劣势。在乙酸钠存在条件下，AAOB在与城市污水处理厂活性污泥混合的菌群中活性损失较小，最大仅为26.54％。 (5)提出了多基质环境自养厌氧氨氧化耦合异养反硝化脱氮工艺，确定了其适合的启动和稳定运行参数。 1)厌氧氨氧化耦合苯酚异养反硝化脱氮反应器的NH4+-N和NO2--N平均去除率分别为80％和75％。总氮去除负荷从启动开始时0.4 kgN/(m3.d)左右上升到了2 kgN/(m3.d)。苯酚容积去除负荷为0.3 kg phenol/(m3.d)，其中苯酚耗量的21.6％被用于细胞生长。 2)对于由19mg/L苯酚混合培养的AAOB，38mg/L和56mg/L的进水苯酚浓度，对其活性的抑制分别为大于36.2％和小于66.2％。56mg/L苯酚抑制后，厌氧氨氧化活性的恢复期大约为一周。38mg/L和56mg/L浓度苯酚条件下，AAOB在与异养反硝化菌竞争亚硝酸盐的过程中处于劣势的，可以确定通过外加苯酚脱除厌氧氨氧化产生的硝酸盐氮是不可行的。 3)厌氧氨氧化耦合生活污水异养反硝化脱氮反应器的NH4+-N和NO2--N平均去除率分别为87％和85％。总氮容积去除负荷超过1kg/(m3.d)。在进水NH4+-N和COD分别在30mg/L和120mg/L左右时，NO2-N浓度调整为35mg/L时，反应器获得最佳的氮去除效率84.57％，总氮容积去除负荷达到了1.2 kgN/(m3.d)。 4)葡萄糖、乙酸钠和苯酚对生活污水耦合脱氮系统的影响较小，而当进水甲醇控制为64mg/L时，厌氧氨氧化减少了43％的活性。另外，由生活污水混合培养的厌氧氨氧化系统复合系统在进水C/N比小于2.0时，反应器具有优先的厌氧氨氧化效果。但是，C/N比超过2.0时，异养反硝化将具有明显优势。 (6)揭示了不同基质环境下颗粒污泥的颗粒特征和种群特性。 1)完全自养厌氧氨氧化反应器内颗粒污泥粒径主要位于0.5-2.0mm范围内。电镜观察到颗粒内的细菌呈规则球粒状，主要细菌形态为球菌(直径约0.5-0.8μm)，还观察到少量短杆菌。厌氧氨氧化菌和菌种Candidatus"Brocadia fulgida"(DQ459989)相似性最高，非厌氧氨氧化菌以变形菌为主，属于β-变形菌纲和γ-变形菌纲的细菌分别占总克隆数的36％和28％。 2)苯酚耦合和生活污水耦合多基质厌氧氨氧反应器内颗粒污泥粒径分别位于1.0-2.0mm和0.5-1.0mm范围内。通过电镜观察到苯酚耦合颗粒污泥除了球状的厌氧氨氧化菌外，还观察到大量短杆菌。而生活污水耦合反应器的颗粒污泥微生物形态则具有较好的多样性:有单球菌、双球菌、短杆菌、长杆菌、螺旋菌、链状球菌、以及大量穿插环绕的丝状菌，还有大量聚集在一起的球菌分布在颗粒内部。厌氧氨氧化菌的基因序列和确定的菌种Candidatus"Brocadia fulgida"(DQ459989)的相似性较高，和未确认的(unidentified)厌氧氨氧化菌序列KC454534相似性最高，非厌氧氨氧化菌以变形菌为主。