厌氧氨氧化具有同时去除亚硝酸盐氮和铵盐氮的能力,且该新型生物脱氮工艺能够减少能耗而倍受关注。然而代谢产物中约有11%(占总氮)的硝酸盐氮致使厌氧氨氧化无法高效脱氮并造成其工程应用具有一定的局限性。基于脱氮性能和经济效益的考虑,本研究选择硫自养反硝化以解决厌氧氨氧化的硝酸盐问题,构建厌氧氨氧化与硫自养反硝化两段式耦合工艺,探究耦合工艺构建的可行性、基质波动下的稳定性及脱氮的高效性。主要研究结果如下:(1)通过启动与运行对耦合工艺构建的可行性进行分析。结果表明耦合工艺以12天成功启动并长期稳定运行,厌氧氨氧化工艺段和耦合工艺的脱氮效率分别为86.70±1.03%和99.15±0.68%,说明耦合工艺可以解决厌氧氨氧化无法高效脱氮的问题;厌氧氨氧化出水对硫自养反硝化具有促进作用;耦合工艺中物质流与信息流的相互协同验证了耦合工艺构建的可行性。(2)通过各基质波动的工况对耦合工艺的稳定性进行分析。结果表明在亚硝酸盐过量和铵盐氮过量工况中耦合工艺的脱氮效率分别为95.27±1.51%和93.44±0.96%;总脱氮效率在两工艺段以硝化旁支相连后高达99.08±0.68%;耦合工艺在经历21天饥饿后仍具有很好的恢复能力,并以16天完全恢复运行性能;厌氧氨氧化颗粒污泥和硫自养反硝化生物膜对不同基质波动的环境进行EPS响应以维持耦合工艺的稳定性;耦合工艺的菌群对基质波动表现出良好的耐受性和恢复性,稳定的菌群生态决定了耦合工艺的高稳定性。(3)通过比较耦合工艺中硫自养反硝化与单独硫自养反硝化对耦合工艺脱氮高效性进行分析。结果表明耦合工艺的硫自养反硝化工艺段中出现亚硝酸盐氮优先去除的现象,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的去除效率分别为100%和69.9%;厌氧氨氧化出水pH、ORP、EPS和AHLs的明显变化潜在影响了关键酶Nir活力增加,而Nar活力降低;菌属Longilinea、Thiobacillus和Methyloversatilis应与亚硝酸盐氮的优先去除相关;耦合工艺不存在亚硝酸盐氮积累的现象体现出其脱氮的高效性。综上所述,厌氧氨氧化与硫自养反硝化两段式耦合工艺的构建是可行的,在基质波动的环境下能够保持稳定运行,并具有高效脱氮的性能,本研究结果为厌氧氨氧化工艺脱氮局限性提供了有效的解决途径及工程应用的技术支持。