基于短程硝化-厌氧氨氧化的自养脱氮工艺逐渐成为已经成为国内外生物脱氮研究的热点。然而单纯的无机脱氮工艺在实际工程上难以推广,氨氮的去除和有机物的去除难以从工程手段上割裂。近年来,众多学者研究发现短程硝化和反硝化作用共存的可能性,甚至厌氧氨氧化和反硝化的可能性。这些可能性为解决含厌氧氨氧化的组合工艺的工程适应性提供了更加广阔的视野,有望从工程手段上解决含有厌氧氨氧化的组合工艺对有机物等污染物的适应性问题。本论文以低碳高氮废水为处理对象,研究短程硝化反硝化反应器的启动、稳定运行及性能优化过程,厌氧氨氧化反应器的活性恢复及提高、应对有机物胁迫的响应机制和耦合工艺的稳定运行。在此基础上,探求系统脱氮除碳性能逐步优化过程中主要功能菌的反应活性及污泥特性变化,得出以下结论:1、在短程硝化反硝化（SBR1）反应器中接种污水厂的硝化污泥,采用“厌氧段-好氧段”的周期运行模式来驯化污泥,运行67 d后,实现了90%的NH₄⁺-N转化率,NO₂^--N累积率达70.09%,COD去除率也逐渐上升到52.96%。此外,采用梯度提升进水基质浓度的方式,来提升系统负荷,在NH₄⁺-N为500 mg/L、COD/NH₄⁺-N为1时,实现了65%以上的NH₄⁺-N转化率和60%的COD去除率,标志着SBR短程硝化反硝化反应器的成功启动。随后,采用游离氨（FA）抑制协同pH调控策略,提升了NO₂^--N累积率,由85.60%增加到92.31%。2、EPS中的多糖（PS）、蛋白质（PN）会影响活性污泥的疏水性和絮凝沉降性能。对不同阶段SBR1反应器中的胞外PN与PS含量进行分析发现:随着运行时间的增加,EPS含量整体表现为逐渐增加的趋势,从最初的58.72mg/gMLSS逐渐增加到83.16 mg/gMLSS。其中,主要是PN的含量增加趋势较为明显,由36.64 mg/gMLSS增加到53.16 mg/gMLSS;PS的含量略有增加。此外,还可发现PN在EPS中占有较大比重（PN/PS大于1）,且PN/PS值也呈现缓慢增加的趋势,这也是系统中污泥沉降性能得以优化的主要原因。3、在厌氧氨氧化（SBR2）反应器中以低活性的Anammox颗粒为接种泥源,采用低负荷协同N₂H₄强化的方式来启动Anammox反应器,经过15 d的运行,成功实现了Anammox颗粒活性的快速恢复,TN去除率由60%提升至85%左右。此后,采用逐步提高进水氮素浓度的方式来提高反应器的容积负荷,运行150 d后,系统的TN负荷由0.258 kg/（m³?d）增至1.002 kg/（m³?d）,TN去除率稳定在89%左右。4、在协同厌氧氨氧化和反硝化系统的构建中,考察有机物对Anammox的影响时,发现:当COD≤100 mg/L时,有机物对Anammox的影响较小,在系统中AAOB占主导地位;当COD增至200 mg/L时,AAOB活性受到明显抑制,而异养的DNF则快速增殖,Anammox的脱氮贡献比例仅为25%左右。采用批次试验研究基质对Anammox抑制动力学特性的影响并采用Monod模型对不同初始基质浓度下的比厌氧氨氧化活性（SAA）值进行拟合,得出:无COD存在时,厌氧氨氧化颗粒污泥的最大基质反应速率q_max为741.28 mgN/（gVSS?d）,半饱和常数Ks为65.37 mg/L;COD为200 mg/L时,q_max为534.62 mgN/（gVSS?d）,半饱和常数Ks为41.29 mg/L。表明COD会抑制Anammox反应并进一步影响其动力学特性。5、耦合工艺控制进水流量为6 L/d,进水NH₄⁺-N浓度为500 mg/L左右,C/NH₄⁺-N=1时,运行20 d左右,系统的脱氮除碳效果较为稳定。整个联合工艺的TN和COD去除率分别达到88%和80%左右。从经济特性方面分析,该耦合工艺在节省曝气量和不需外加碳源两方面具有显著的优势。在C/N比为1的条件下,可减少约48.99%的实际需氧量;耦合工艺不需外加碳源,能节省100%外加碳源。