厌氧氨氧化过程是近年来生物脱氮技术的热点工艺,其以氨氮和亚硝态氮为主要底物在厌氧条件下将水中的氮转化为氮气,整个过程无需额外曝气和有机碳源,且脱氮效率高、污泥产量低,对工程实际应用有着巨大意义。由于厌氧氨氧化菌体倍增时间长（11-14天）,对有机物、溶解氧及亚硝态氮等环境因素敏感,使得该技术的启动周期长,工艺参数不宜控制。同时由于厌氧氨氧化的代谢机制还会生成少量的硝态氮,因此其还需耦合其他工艺才能实现对污水的完全脱氮。针对上述问题,本研究提出了振动式厌氧氨氧化生物膜反应器,对生物膜施加的振动有效降低了反应器内部的浓度梯度及温度梯度,同时提高了生物膜的表面剪切速率。本文重点研究了振动对反应器启动速率、脱氮能力及生物膜表面形态的影响,根据振动的实际作用效果对其工艺参数优化并探究利用该工艺培育颗粒污泥的可行性,最后在振动基础上研发了半硝化厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化的一体式生化脱氮反应器。取得的创新研究成果包括如下几点:（1）振动式生物膜反应器通向填料架施加振动,可以有效地将振动传递到生物膜上。在180天的常规运行中,振动有效地促进了厌氧氨氧化菌的生长,使反应器内的挥发性固体悬浮物（MLVSS）的量提高至20.97 g/L,同时反应器的氮去除容积负荷（NRR）和单位质量下的污泥活性SAA提高至20.279 kg-N/（m3·d）和0.967 kg-N/（g-VSS·d）,比同期启动的内回流式反应器提高了 179%和65%。振动有效地降低了反应器内部的浓度梯度,使反应器在总氮进水浓度在2200-3000 mg/L的工况下依然可以稳定运行。同时,振动有效地提高了生物膜表面的流体剪切速率,促使厌氧氨氧化菌分泌出的蛋白（PN）量高出对比反应器80%以上,达到268.1±9.50 mg/g-VSS,单根填料的平均直径也达到了 17.13±3.92 mm。较高的EPS分泌量促使生物膜表面形成了独特的颗粒状结构,其交替堆叠在生物膜表面大幅提高了系统对亚硝态氮的耐受能力,反应器在环境为500 mg/L亚硝态氮（游离亚硝态氮FNA=0.0658 mg/L）的运行条件下未见抑制。菌群分析结果表明,厌氧氨氧化菌对纤维膜的亲和性较差,挂膜初期的相对丰度仅达10%,振动可有效促使厌氧氨氧化菌在生物膜上的富集速率,其总占比在半年内快速增长至40%以上。（2）序批式实验研究发现,不同振动强度、振动周期及内回流流量回影响反应器的脱氮效果,高强度振动（Lv7）可在保证高质量出水（总氮浓度小于8 mg/L）的工况下更有效地提升反应器的脱氮能力,出水总氮浓度越低,振动带来的增益效果越强。在同等质量的出水的条件下,其比4000 L/h流量下的内回流的总氮去除负荷提高近300%。高强度振动（Lv7）可在5秒内释放出生物膜内积累的绝大部分氮气（约552mL）,显著降低生物膜内部的传质阻力并间接提高生物膜内部的菌群活性。（3）间歇振动可以使填料内部形成类似呼吸的效应,使反应器以更低的能耗获得较高的脱氮能力。在0-Lv7（5/60）的间歇工况下,反应器R1的NRR达到了 10 kg-N/（m3·d）,对应的比能耗在0.5（kW·h）/kg-N以下,仅为同强度连续振动工况状态下的十分之一。由于振动可直接施加在生物膜表面,相比于内回流等其他工艺,其工艺过程中的能量损耗更低,并更有效地提高生物膜传质效率。在低温状态下,振动仍可将反应器的脱氮能力提升35%左右。（4）在前期启动过程中,高强度振动会导致生物膜上的部分污泥脱落,导致挂膜质量下降。对生物膜施加合理的振动可缩短反应器启动时间,反应器R6在低强度振动的启动工况下,仅用1 18天即使生物膜表面布满颗粒状污泥。对反应器持续施加连续振动可以使这部分颗粒状结构进一步长大,最终以颗粒污泥的形式脱落。污泥平均粒径为2.38mm,污泥产量为 3.62×10-2 g-VSS/g-N,单位质量污泥的脱氮速率达0.621g-N/（g-VSS·d）。此方式形成的颗粒污泥可有效用于颗粒污泥反应器的启动。（5）半硝化厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化工艺实现了在单一反应器内的运行,并可以有效去除进水氨氮,在维持单一氨氮（600 mg/L）进水工况下,系统的总氮去除率可在启动完成后始终维持在98%以上。振动提高了生物膜内的传质效率,并促使了反应器内Candidatus Kuenenia stuttgartiensis和Thiobacillus denitrificans菌种在硫基石块表面共生,并在其表面形成一层独特的淡红色薄膜,该膜的EPS含量可达328.4 mg/g-VSS（蛋白含量为297.1 mg/g-VSS多糖含量为31.3 mg/g-VSS）,极大地提高了其表面可携带的微生物量。相比于将上述三种工艺串接在一起的系统,一体式反应器促使硫自养反硝化仅发生短程反硝化过程,其有效的降低了系统的硫酸根产量,出水含量仅为理论值的41%。实验结果证明,单质硫不会抑制厌氧氨氧化菌的生长。另外,基于短程反硝化的理论模型计算得出,反应器的理论硫酸根产量为常规理论值的45%,硫氮比（S/N）比约为3.393。