高浓度氮磷废水营养盐去除存在着有机碳源不足的瓶颈,厌氧氨氧化（anammox）工艺因其能在无碳源自养条件下实现高效脱氮而被视为处理此类废水的理想技术路径。然而,由于该工艺脱氮过程中不可避免地产生约占去除总氮（TN）11%的硝酸盐副产物,因而造成了anammox脱氮技术固有的效能上限。此外,传统anammox工艺不具备除磷功能,增加了高氮磷废水营养盐去除的复杂性。针对上述问题,研发基于胞内多聚物转化与利用的强化anammox同步除磷脱氮技术（SAIC）,以及厌氧氨氧化-电解耦合强化脱氮同步磷回收技术（Ele-anammox）。研究通过强化胞内碳源（PHAs）转化成功构建出SAIC系统,实现了低碳氮比（C/N）下的高效同步除磷脱氮,考察了系统同步除磷脱氮效能影响因素,阐明了系统微生物多路径协同代谢机制;此外,通过在anammox反应器中加载铁电极电解装置,成功构建出Ele-anammox系统,实现了强化anammox脱氮同步蓝铁矿（vivianite）高品质磷资源回收;并从酶活力、anammox活性与基因拷贝数等角度揭示了厌氧氨氧化菌在电解环境下的生物学响应机制;同时,探究了系统效能影响因素及其对功能菌群的影响,结合穆斯堡尔谱等多种测试手段鉴别了磷回收产物,并基于多组学技术对系统微生物代谢机理进行了解析。本研究得出的主要结论如下:在单级anammox自养脱氮生物膜反应器中设置厌氧段强化进水碳源的胞内转化,能够快速构建起SAIC系统。在处理高氮磷(NH4+-N=400 mg/L、PO43--P=20mg/L)、低碳氮比（C/N≤1.5）废水时,该系统在C/N=0.5时即可实现96.87%的TN去除;当C/N=1.5时,TN、TP同步去除率分别为97.40%和83.70%,与传统单级anammox自养系统相比,分别提升了11.44%和73.70%。溶解氧（DO）、排水比（负荷）、温度对SAIC系统同步除磷脱氮效能影响显著。较低的DO（3.5mg/L）会限制系统的除磷能力,而较高的DO（4.5mg/L）会导致硝化过程向全程转变,进而使出水NO3--N升高,TN去除率下降,在DO为4.0 mg/L的最优条件下,TN和TP平均去除率分别为99.41%、80.64%;进水氮负荷不超过0.4 kg N/（m~3?d）、磷负荷不超过0.02 kg P/（m~3?d）时,系统能够保持较高的同步除磷脱氮效能,TN和TP平均去除率在97%和81%以上;当温度为30℃和25℃时,系统均能维持高效除磷脱氮,当温度降低至20℃时,（短程）硝化过程受到明显抑制,TN去除率下降至90%以下。SAIC系统中胞内多聚物由78.57%的poly-β-hydroxybutyrate（PHB）和21.43%的poly-β-hydroxyvalerate（PHV）组成。内源反硝化理论推算显示,anammox过程贡献了67.40%以上的TN去除;生物膜污泥总磷含量随C/N增加而升高,提示生物除磷为主要的除磷路径,SMT测试与扫描电解-能谱（SEM-EDX）结果显示,系统内同时还存在Ca-P与磷酸铵镁沉淀。结合16S r RNA扩增子测序与宏基因组技术发现,SAIC系统促进了包括厌氧氨氧化菌（Candidatus Brocadia）、好氧氨氧化菌（Nitrosomonadaceae）、亚硝酸盐氧化菌（Nitrospira）,以及参与内碳源代谢的聚糖菌（Candidatus Competibacter）和多种潜在聚磷菌（norank＿Saprospiraceae,Pseudomonas,Candidatus Accumulibacter,Dechloromonas）的共生;系统中存在着anammox、短程与全程硝化、内源反硝化（全程和短程）、生物除磷等多种相互协同的营养盐代谢路径。Ele-anammox系统能够稳定实现无碳源高营养盐废水中氮、磷的高效同步去除,TN和TP平均去除率分别达到90.68%和95.02%,较之传统anammox工艺（对照组）提升了7.76%和79.08%。Ele-anammox系统特异性anammox酶活力（HDH酶、heme c浓度）及异位比厌氧氨氧化活性（SAA）均低于传统对照组,NIR酶活力则始终高于对照。定量PCR结果显示,耦合电解装置并未对厌氧氨氧化菌数量产生不利影响,进一步的透射电镜观察发现,厌氧氨氧化菌细胞膜出现了明显的不规则变形,这种形态变化在加快酶促反应的同时可能也会加速细菌衰亡。研究发现,电流是影响Ele-anammox系统磷回收效能的关键因素,按理论值控制电流强度时能够实现94.87%的液相磷去除;电压对系统脱氮效能及微生物生存状态影响显著。随着电压的增加,HDH酶活、heme c浓度以及SAA均表现出下降趋势,并符合一定的线性规律。电压3.5 V时系统脱氮完全失效,且短期难以恢复。流式细胞术进一步揭示:随着电压升高,衰亡细菌增加,最适电压应控制在2.0 V以内;系统在0.6～1.2 kg N/（m~3?d）和0.096～0.192 kg P/（m~3?d）负荷范围内均能保持高效,TN和TP平均去除率分别为89.81%～90.80%和93.99%～94.54%,电压是限制负荷进一步提升的关键;进水N/P比是磷回收与电化学强化脱氮协同高效的关键。N/P由14降至12时,TN平均去除率由90.17%提升至94.08%,而进一步降至10时脱氮效能提升有限;与传统anammox工艺相同,Ele-anammox系统同样对低温较为敏感,两系统分别在环境温度为18℃和17℃时出现NO2--N积累。微生物群落变化揭示,由于相对较耐受低温的Candidatus Kuenenia无法适应电解环境,Ele-anammox系统对低温的缓冲能力较弱,导致了温度低于极限值（17℃）时,系统出水NO2--N的快速积累。利用化学分析、ICP-OES、XRF对Ele-anammox系统内固相元素组成进行解析,结果显示:固相主要元素为Fe和P,元素摩尔比为1.13～1.49,提示系统固相中主要成分应为vivianite;扫描电镜观察发现,系统内存在大量以P、Fe、O为主要元素的竹笋状、片层状与花状结晶体,该结晶体Fe/P摩尔比为1.5～1.7,证实这些生成的结晶体应为vivianite。进一步的XRD测试结果显示,Ele-anammox系统固相样品中的主要成分为vivianite（约占85%）。穆斯堡尔谱结果显示,样品中存在Fe（Ⅲ）、vivianiteⅠ、vivianiteⅡ及α-Fe~0,其中以vivianite形式存在的Fe（Ⅱ）占51.48%（300K）～59.11%（77K）。结合16S r RNA测序与宏基因组测序结果表明,在Ele-anammox系统中厌氧氨氧化菌属Candidatus Brocadia被优势富集;而Candidatus Kuenenia则较之对照组丰度显著下降。说明Candidatus Brocadia更适应铁电极电解环境,该菌为Ele-anammox系统中主要anammox活性来源。此外,电解也促进了部分异养反硝化菌如Denitratisoma、Azoarcus等的增殖,这些细菌可能利用厌氧氨氧化菌细胞合成产物或衰亡后释放的细胞内容物进行异养代谢。进一步采用宏基因-宏蛋白多组学技术在蛋白质层面对Ele-anammox系统内各物种生物活性进行研究。结果显示,Candidatus Brocadia在两组间的总蛋白表达水平相近,而Candidatus Kuenenia所表达的蛋白则大幅减少,生物活性受到明显抑制。进一步的反硝化与anammox功能蛋白表达差异结果显示,Ele-anammox系统中Candidatus Brocadia sinica氮代谢活性显著提升,而Candidatus Kuenenia stuttgartiensis氮代谢活性则明显下降。此外,Ele-anammox系统内部分反硝化菌如Thauera.sp、Azoarcus sp.PA01也表现出反硝化活性加强的现象,阴极析出的H2以及微生物衰亡所释放的胞内有机物是系统内潜在的电子供体。以城镇污水厂活性污泥为接种污泥,通过FNA初次抑制（0.5 mg/L,12 h）结合DO+SRT（0.3～0.8 mg/L、10 d）控制策略,能够快速构建PN系统,稳定实现高于98%的亚硝酸盐积累率。在处理实际污泥厌氧消化液时,PN单元出水能够实现平均1.17的NO2--N/NH4+-N比例。与Ele-anammox串联形成组合工艺后,TN、TP、COD平均去除率分别达到91.96%、94.67%和58.42%;结合元素分析、XRD及穆谱结果发现,第二级单元内存在大量vivianite晶体结构产物,至少49.27%（300K）～61.07%（77K）的总铁具有明显的vivianite二价铁特征;微生物群落结构分析显示,Nitrosomonas为第一级PN单元中的优势功能物种,Candidatus Brocadia则是第二级单元中主要的anammox活性来源。本研究中,所研发的厌氧氨氧化强化脱氮同步除磷及磷回收技术（SAIC、Ele-anammox）解决了硝酸盐副产物对anammox脱氮效能的限制瓶颈,并赋予anammox系统同步除磷与资源化的功能角色。SAIC系统具有经济可靠、运行管理简易等特点;而Ele-anammox系统着力于磷的高品质产物回收,更符合废水处理可持续、资源化的发展方向。研究为高氮磷废水营养盐高效去除与资源化回收开辟了新路径,具有重要的现实意义与理论价值。