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本研究在连续流合建式反应器内接种具有厌氧氨氧化功能的污泥,以实际猪场沼液作为进水,通过改变工艺参数的方式启动CANON(Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺,并考察了水力停留时间(HRT)、温度和进水氨氮浓度对CANON工艺处理猪场沼液脱氮性能的影响,并在此基础上采用响应曲面法优化反应器脱氮性能;利用高通量测序技术对污泥样品进行生物种群分析,并通过脱氮菌活性动力学、氮素平衡分析、定量PCR(qPCR)、污泥样品表征等手段来探讨CANON工艺处理猪场沼液的脱氮机理。全文主要结论如下:(1)通过逐步提高氨氮浓度、降低溶解氧、延长HRT的启动策略,经过52d成功实现了 CANON工艺处理实际猪场沼液的快速启动。启动成功后,进水氨氮浓度为400 mg/L,反应器的NH4+-N和TN平均去除率分别为74.60%和64.59%;△N03--N/△NH4+-N稳定在理论值0.11。启动过程中反应器内生物量增加,填料的挂膜量为6.78 mg/个,反应器内的海绵填料内部饱满,填料上的生物膜呈现红棕色。(2)采用单因素实验结果表明,HRT、温度和氨氮浓度对反应器脱氮效率都有着显著的影响。以单因素试验为基础,经过响应面优化的模型极其显著,获得最佳脱氮条件为HRT 1.35 d、温度34.4℃C,氨氮浓度415 mg/L,该条件下模拟出的氨氮去除率和总氮去除率分别为81.91%和72.12%。在接近响应面优化后的得到的条件下进行验证实验,平均氨氮出水达到74.68 mg/L,氨氮去除率达到83.05%;平均总氮出水达到108.28 mg/L,总氮去除率达到73.91%,氨氮和COD出水浓度低于畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)中集约化蓄禽养殖业污染最高允许日均排放浓度。(3)采用高通量测序技术对不同工况下的10个污泥样品进行了 DNA测序分析,结果显示测序深度合理,HRT与ace指数和chao指数成反比,表明群落丰富度随着HRT的延长而降低;温度为35℃时Shannon指数最高,Simpson指数最低,表明该温度下微生物的多样性最高;氨氮浓度为400 mg/L和500 mg/L时ace指数和chao指数较高且Shannon指数较高、Simpson指数较低,表明该工况下群落丰富度和微生物的多样性都处于较高水平。样品中的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycete)和绿弯菌门(Chloroflexi),其中变形菌门的相对丰度随着HRT的增加呈现降低的趋势,且适宜在29～35℃、氨氮浓度为400 mg/L的条件下生长;而浮霉菌门在HRT较高、温度较高、低氨氮浓度条件下丰度较高;同时发现绿弯菌门丰度受环境变化影响较小。系统中检测出的AOB 为 ANAMMOX 菌为 Candidatus_Kuenenia和Candidatus_Brocadia,NOB 为 Nitrospira,反硝化菌有 norank_o_Xanthomonadales、Denitratisoma和 Comamonas。HRT 较长(大于 1.2d)时 和 Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia在系统内丰度较高,Nitrosomonas只在1.2d和1.4d的工况下出现;随着温度的降低,Candidatus_Kuenenia的丰度逐渐增加,Candidatus Brocadia的丰度则逐渐下降,且只在35℃的工况下检测出了Nitrosomonas;Candidatus_Kuenenia的丰度随着氨氮浓度的升高而降低,同时氨氮浓度在300 mg/L和400 mg/L时Nitrosomonas丰度较高,且400 mg/L时较300 mg/L时丰度更高。(4)对响应面模拟最佳工况下的相关脱氮菌分别进行静态实验,结果表明厌氧氨氧化菌(ANAMMOX)和氨氧化菌(AOB)活性分别达到5.17 mg/(g·h)和3.19 mg/(g.h),在相关脱氮菌活性中处于较高水平;NOB活性较低为0.4 mg/(g.h);反硝化菌的活性为1.17 mg/(g·h)。同样通过对该工况条件下的进出水水质变化进行反应器的氮素平衡分析,发现短程硝化去除的NH4+-N 比例占44.97%,厌氧氨氧化过程去除的NH4+-N占33.63%;而厌氧氨氧化过程占TN去除的主导地位,去除了69.02%的TN,表明该系统中以AOB和ANAMMOX菌为主的短程硝化和厌氧氨氧化过程发生频繁。(5)实时qPCR结果显示,最佳工况海绵填料上的ANAMMOX菌和AOB的基因拷贝数分别为1.02×109copies/gDNA和7.56×107copies/gDNA,这两种脱氮菌在系统中丰度最高且在填料上的丰度较絮状污泥更高,结合对污泥的SEM表征显示污泥中的微生物种类丰富,污泥表明粗糙且呈团聚,同时发现填料上的球菌数量较絮状污泥中的更多,表明了该工况和填料适宜于这两类脱氮菌生长。