厌氧氨氧化（Anammox）生物脱氮技术近年来受到国内外的广泛关注。尽管国内外围绕其开展了大量的实验研究,并且已有一些工程应用实例,但对于厌氧氨氧化的功能菌——厌氧氨氧化菌（An AOB）还未研究透彻。已有研究表明,厌氧氨氧化污泥多以颗粒态或生物膜形式存在于反应器中,颜色为红色（俗称“红菌”）,并且其胞外聚合物（EPS）含量相对其他脱氮污泥较高。同时,厌氧氨氧化污泥的EPS与其菌体一样呈现典型的血红色特征。一般认为污泥胞外聚合物多与微生物的亲/疏水性、絮凝、吸附和沉降性等有关,但对于厌氧氨氧化菌在遭受基质抑制等不利条件时EPS的响应机制研究较少。在长期供给硫酸盐的Anammox反应器中,往往存在氨氮的“超量”去除现象,这是否与生物代谢硫有关尚不明确。针对以上问题,本研究采用两套序批式反应器,在快速启动Anammox反应的基础上,首先以厌氧氨氧化颗粒污泥的EPS为对象,研究其在污泥颗粒化过程,以及在基质自抑制和厌氧氨氧化活性恢复过程中的作用。其次,对于EPS的血红色特征和生物化学催化活性进行了分析。最后,探讨了低进水亚硝氮/氨氮(Rs _IN)控制策略下,Anammox反应器的运行特性;并对长期供给硫酸盐的Anammox系统中厌氧氨氧化菌的硫酸盐还原厌氧氨氧化和硫自养反硝化能力,以及菌群结构进行了分析。论文研究获得主要结果如下:1.在Anammox污泥的颗粒化过程中,EPS含量与污泥粒径增长之间无明显相关性,但蛋白/多糖（PN/PS）却与粒径增长有一定的相关性:随着颗粒化进程的加快,当反应器中半数以上污泥由小颗粒（<300μm）转变成中等颗粒（300～500μm）过程中,PN/PS先增大后减小。厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分是蛋白质。在污泥颗粒化过程中松散层EPS（LB-EPS）和紧密层EPS（TB-EPS）的蛋白质二级结构α-螺旋/（β-折叠+无规卷曲）值分别从0.58和0.67减少至0.36和0.29,这种变化有利于污泥表面疏水性的表达,对污泥颗粒化起到促进作用。2.当反应器内NO₂^--N浓度超过209 mg/L,pH=7.74时,FNA浓度达0.0072mg N/L,SBR系统发生了基质引起的抑制现象,导致比厌氧氨氧化活性降低45%。在此过程中,厌氧氨氧化颗粒污泥胞外EPS含量增加,同时蛋白质含量也增加,PN/PS比升高;在活性恢复阶段,EPS增量与容积基质利用速率增加量正相关。活性完全恢复后,EPS含量不再随容积负荷的增加而增加。论文认为An AOB通过增加分泌EPS来抵御和解除FNA带来的抑制,并维持污泥颗粒结构的稳定,这是该菌的一种自我保护机制。3.Anammox颗粒污泥EPS中含有HAO和HZO两种多血红素酶,使得EPS具有显著的生物催化氧化活性,并赋予不同层EPS呈现出不同深浅的血红色。TB-EPS对羟胺和联氨的催化氧化能力较LB-EPS强,不同EPS分层中HAO对羟胺的最大催化速率分别为0.010 mmol·（L·h）^-1（LB-EPS）,0.171 mmol·（L·h）^-1（TB-EPS）;HZO对联氨的最大催化速率分别为0.054 mmol·（L·h）^-1（LB-EPS）和0.382mmol·（L·h）^-1（TB-EPS）。4.长期供给硫酸盐的Anammox系统出现了显著的氮、硫同步生物转化现象。随着进水Rs _IN的不断降低,厌氧氨氧化系统中氨氮的“超量”去除现象越显著,同时以Anammox为主导的氮脱除潜能也逐渐减小。反应器所驯化出的An AOB颗粒污泥,不仅能够同步去除NH₄⁺和SO₄^2-,而且具有典型的硫自养反硝化能力。基质N/S比对硫化物液相代谢产物的组成和单质硫的生成量均有影响。高N/S（=2.5）时,反应生成的单质硫少,液相代谢产物主要为S₂O₃^2-;低N/S（≤1）下,反应的主要产物为SO₄^2-。试验过程中观察到存在SRAAO和DNRA反应。长期供给硫酸盐的Anammox系统中所富集的厌氧氨氧化功能菌为Anammoxoglobus属。颗粒污泥内部由短杆菌和丝状菌构成骨架结构,并分隔成若干小区域,大量球状Anammoxoglobus propionicus菌紧密填充其中。与硫代谢密切相关的Thioprofundum lithotrophica菌呈短小的弯螺杆状,分布在颗粒污泥的外部,或以群聚状态构成密实的菌胶团粘附于表面。厌氧硫酸盐——氨氧化体系中,氮、硫的耦合转化是多种细菌参与,相互竞争合作的复杂生物化学过程。