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全程自养脱氮（Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON）系统是短程硝化（short-cut nitrification,也称为半硝化、亚硝化、简捷硝化、亚硝酸型硝化等）与厌氧氨氧化（Anammox）耦合的系统。与传统硝化反硝化工艺相比,CANON工艺削减了85%的需氧量,100%的碳源和83%的生物固体生产。目前CANON工艺的实际应用主要集中在处理低C/N比的高氨氮（NH4+-N）废水,如污泥消化液和渗滤液。对于低NH4+-N的生活污水,该工艺的应用比较少。CANON工艺的发展主要受到局限于高NH4+-N污水处理、启动过程困难且耗时长和运行性能不易稳定等因素的限制。针对以上问题,本文将复合式折流板反应器（Hybrid Anaerobic Baffled Reactor,HABR）应用于CANON工艺的启动,考察低浓度的NH4+-N启动CANON工艺的可行性和稳定性,探究CANON工艺功能菌的保藏及活性恢复方法,以期能够构建CANON混合菌种泥基地,缩短CANON工艺启动时间,进而推动CANON工艺应用于城镇生活污水中氮素的去除。本文研究过程分为三个阶段。第一阶段主要探究了低浓度的NH4+-N快速启动HABR-CANON工艺,以及启动过程中功能微生物的活性变化,并分析了稳定运行期间反应器沿程氮素、pH值的变化规律以及生物膜的形态结构。主要研究结论如下:（1）低浓度的NH4+-N启动CANON工艺的可行性。本实验在温度为（30±2）℃、pH值为（7.9±0.1）以及反应器的前三个格室内进行曝气的条件下,采用低负荷连续进水,通过调节各种参数来抑制NOB（亚硝酸盐氧化菌）的活性,历时56d,实现CANON工艺的启动。（2）CANON工艺启动过程中功能微生物的活性变化。在启动阶段,NOR（亚硝酸盐氧化速率）逐渐降低,AOR（氨氧化速率）和ANR（AnAOB速率）逐渐升高,表明AOB（好氧氨氧化菌）和AnAOB（厌氧氨氧化菌）逐渐成为CANON系统内的优势菌,而NOB逐渐被完全抑制。（3）稳定运行期间反应器沿程氮素和pH值的变化规律。稳定运行期间,NH4+-N与TN的去除主要发生在前三个格室,而且第一个格室脱NH4+-N效果最好;pH值的变化趋势呈现先降低后升高。综合考虑氮素以及pH值的沿程的变化规律发现,前三个格室内亚硝化反应和Anammox同时存在于格室内,且亚硝化产生的酸大于Anammox产生的碱。而在后三个格室主要进行Anammox反应。（4）自养脱氮生物膜的形态结构。SEM结果表明,AOB和AnAOB是CANON系统的优势菌种,未检测到NOB的存在。第二阶段主要研究了CANON工艺处理进水不断波动的低浓度的NH4+-N废水的稳定性。主要结论如下:考察进水NH4+-N浓度不断改变的情况下CANON工艺处理低浓度的NH4+-N废水的稳定性。本实验在不改变HRT、温度等条件的情况下,通过额外投加硫酸联氨和在32-60 mg/L的浓度范围内不断改变进水NH4+-N浓度的方式运行CANON工艺,结果发现:在进水NH4+-N浓度不断改变的情况下CANON工艺仍具有较高的脱氮性能。第三阶段主要研究了自养脱氮污泥在不同的温度条件下（30℃、20℃、4℃、-20℃）进行保藏,而且对保藏后的污泥进行活性恢复实验,并进一步分析了保藏前、保藏后以及活性恢复后污泥的活性、污泥EPS组成分布与结构特征、微生物群落的物种丰度、物种多样性以及结构特征。主要得到以下结论:（1）考察保藏前、保藏后以及活性恢复后的污泥絮体活性。4℃条件下保藏的自养脱氮污泥活性最好,而且活性恢复最好的也是4℃保藏的污泥。（2）在不同温度条件下短期保藏后的自养脱氮污泥活性恢复。在将自养脱氮污泥脱氮性能恢复的过程中发现,AnAOB的活性成为限制脱氮性能的关键因素;在AnAOB活性最低的R4中,AnAOB的活性更易受到进水NH4+-N的影响。（3）考察保藏前、保藏后以及活性恢复后的污泥絮体EPS的组成特征。研究证明保藏前、保藏后以及活性恢复后的污泥絮体EPS具有相同的组成特征:无论是在污泥絮体Total-EPS还是在污泥絮体EPS各层面,均是PN的含量远高于PS。（4）考察保藏前、保藏后以及活性恢复后的污泥EPS的结构特征。保藏前、活性恢复后以及20℃、4℃、-20℃保藏后的污泥絮体EPS具有相同的结构特征:S-EPS>TB-EPS>LB-EPS。但是,保藏前以及20℃、4℃、-20℃保藏后的污泥絮体中S-EPS与TB-EPS所占比例基本一致,而保藏后污泥絮体S-EPS所占比例远高于TB-EPS。（5）考察保藏前、保藏后以及活性恢复后的污泥物种丰度、物种多样性以及结构特征。在无极端环境干扰的CANON系统中,生物的多样性和丰度与系统的脱氮性能呈正相关。活性恢复后的污泥中生物多样性和丰度的大小关系和系统中AnAOB的活性的大小关系一致。