短程硝化反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺以其高效、经济、二次污染少的特点,赢得了众多环保工程师的青睐。其对高浓度氨氮废水的优异处理效果,更使其在众多脱氮工艺中脱颖而出。然而由于菌种生长代谢的特殊性,导致这两种新型生物工艺对环境条件和技术条件要求较高。对于短程硝化反硝化工艺,其难点仍在于如何控制多种条件,使氨氧化细菌超越亚硝酸氧化细菌,在反应装置中占据优势,达到亚硝酸的积累;而对于厌氧氨氧化工艺,其在低温(或常温)、高盐条件下的快速启动则一直困扰众多研究者。本论文针对厌氧氨氧化工艺研究了厌氧滤池中厌氧氨氧化工艺的启动及稳定运行,及低温耐盐型厌氧氨氧化菌的应用;针对短程硝化反硝化工艺则研究了基质浓度(NH4+、有机物)、环境条件(DO、p H)、操作条件(运行周期)在工艺启动中的作用。研究得出的主要结论如下:1.对于淡水环境中的厌氧氨氧化过程,试验发现:(1)以聚丙烯环为填料并设置流速缓冲区的厌氧氨氧化滤池具有较高的抗水力冲击和菌体截留能力,总氮去除速率可达22.94kg-N·m-3·d-1。(2)浓度负荷型和水力负荷型策略均可提高厌氧氨氧化反应器的脱氮效能,但浓度负荷型策略提高总氮去除速率存在一个基质浓度抑制限值,结合水力负荷型策略可使该限值提高,因此厌氧氨氧化的快速启动应采用两种策略结合的方式。(3)低p H值(3.00-4.00)能够引起高水力负荷厌氧氨氧化厌氧滤池脱氮效能大幅下降,但通过调整p H值至7.00,并降低进水基质浓度,解除游离亚硝酸抑制可使反应器脱氮效能恢复。2.对于海洋环境中的厌氧氨氧化过程,试验发现:(1)淡水厌氧氨氧化污泥在37℃经过驯化后,可以在30‰海水盐度下取得较好的脱氮性能,总氮去除速率可达2.80kg-N·m-3·d-1;继续在10℃进行低温驯化可获得低温耐盐型厌氧氨氧化菌,总氮去除速率可达4.56 kg-N·m-3·d-1。(2)厌氧氨氧化基质代谢动力学表明当海水盐度由0升高至10‰、20‰及30‰的过程中,厌氧氨氧化反应速率经历了升高、降低、再升高的过程。其中,海水盐度20‰在淡水厌氧氨氧化污泥的驯化过程中是一个临界点。(3)在海水盐度30‰阶段获得的高效耐海水型厌氧氨氧化菌细胞结构发生改变,细胞形状更加不规则,且细胞壁上出现类菌毛状结构。经16S r DNA PCR扩增测序鉴定该优势厌氧氨氧化菌为Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis。(4)低温胁迫引起的厌氧氨氧化菌活性降低可通过驯化减弱,长期驯化甚至可提高其活性。3.对于室温下的短程硝化反硝化工艺的启动,试验发现:(1)通过控制NH4+-N浓度在149.12-176.88 mg·L-1范围内,p H值为8.44,曝气量为16 L·h-1时,可使NH4+-N转化率及亚硝酸积累率均稳定于50%左右,达到短程硝化启动的效果。(2)可通过控制好氧段与缺氧段的比例,促进氨氧化细菌并抑制亚硝酸氧化细菌的生长,达到实现亚硝酸积累的目的。