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采用传统的生物脱氮工艺处理高氨氮废水时,往往面临碳源不足的问题,影响脱氮的效率与成本。采用全程自养脱氮(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite,CANON)工艺具有几乎毋须碳源,除此之外,CANON工艺还具有节省曝气量、降低污泥产量、减少温室气体排放量等诸多优点,是一种可持续发展的脱氮工艺。不过,CANON工艺依然存在启动时间缓慢、短程硝化难以稳定等难题。为在上述难点问题上有所突破,采用四组反应器研究了CANON工艺启动及其脱氮性能。四组反应器均采用人工配置的不含有机碳源的高氨氮废(NH4+-N浓度约400mg·L-1)为进水,其中,反应器Ⅰ采用普通活性污泥启动,反应器Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ在反应器Ⅰ启动成功后,接种其污泥启动。反应器Ⅰ以海绵为填料,接种普通活性污泥,控制反应器中温度为35℃±1℃,pH为7.39～8.01条件下,并始终维持曝气的条件下,经过亚硝酸化阶段和厌氧氨氧化阶段,运行210d后成功启动CANON工艺,TN去除负荷达到1.22kg/(m3·d),TN去除率达到80%。启动成功后,反应器能够保持长期稳定,最大TN去除负荷可达到2.32kg/(m3?d), TN去除率可达到80%。试验发现,CANON工艺启动成功及短程硝化维持稳定的标志是:反应前后有明显的TN损失,ΔNO3--N/ΔTN相对稳定,且维持在0.127左右。反应器Ⅱ以改性乙烯为填料,通过接种CANON污泥启动CANON工艺。首先在常温、厌氧条件下,历经300d启动厌氧氨氧化,脱氮效果不明显,TN去除负荷仅为0.12 kg/(m3·d);后提高温度至30℃运行约30d后,厌氧氨氧化效果明显提高,TN去除负荷达到0.23 kg/(m3·d);转为好氧状态约30d后,TN去除率达到77.61%,TN去除负荷达到1.01kg/(m3·d),完成CANON工艺的启动。反应器Ⅲ以海绵为填料,在温度为20~30℃条件下,接种CANON污泥,直接在好氧条件下启动,约50d后,TN去除率达到73.67%,TN去除负荷可以达到1.56 kg/(m3·d),完成CANON工艺的启动。启动过程中发现,适量的曝气存在不仅不会抑制Anammox菌,而且还会加速CANON工艺的启动。反应器Ⅳ以火山岩为填料,在温度为20~30℃条件下,接种CANON污泥,经过137d可启动厌氧氨氧化,TN去除负荷达到0.87kg/(m3·d),转为好氧状态后,约20d后,TN去除率达到67.03%,TN去除负荷达到1.53kg/(m3·d),完成CANON工艺的启动。随着反应器Ⅳ的继续运行,在20℃条件下,TN去除负荷最高可达到2kg/(m3·d),当调低进水负荷后,最高TN去除率达到85.50%,相应TN去除负荷为1.17kg/(m3·d)。试验通过SBBR反应器研究了不同温度对于CANON工艺的冲击影响,其中,SBBR反应器以海绵为填料,在30℃～35℃条件下,可稳定运行,TN去除率可达到88.3%,TN去除负荷达到0.52kg/(m3?d),且pH值先降低后升高的拐点与DO突跃的拐点均可作为反应结束的指示参数。当温度为26℃～35℃时,SBBR反应器具有较好的脱氮效果,当温度降至20℃以下时,SBBR反应器脱氮效果不佳,造成了显著的亚硝酸盐积累;受低温冲击时,Anammox菌与AOB相比,更容易受到影响。试验又通过反应器Ⅲ在长期低于30℃温度下运行发现,Anammox菌能够逐渐适应较低的温度,且藉由Anammox菌与NOB对NO2--N的竞争,协同游离氨的选择性抑制作用,可扩展短程硝化的温度应用范围至20℃～35℃。试验研究了曝气量变化对CANON工艺的影响,并提出来极限曝气量的概念。当曝气量小于极限曝气量时,提高曝气量有利于CANON反应器的TN去除率;曝气量超过极限曝气量时,提高曝气量不利于CANON反应器TN去除率的提高。以海绵为填料时,超过极限曝气量,TN去除效果能够维持稳定,而以改性乙烯为填料时,则会导致TN去除效果的严重恶化。针对不同水质,试验分别研究了水质对CANON工艺的影响,试验发现:(1)提高NH4+-N与NO2--N浓度均有利于TN去除量增加,但当二者在反应器中的浓度超过50mg·L-1时,继续提高没有明显效果。(2)当NH4+-N约为400mg·L-1,COD浓度不足100mg·L-1,不会造成对CANON工艺的破坏,但COD浓度超过100mg·L-1时,会恶化CANON工艺。通过4组反应器的长期运行,研究了CANON工艺长期的运行稳定性,试验发现,反应器Ⅰ在长达一年多的时间中能够保持稳定;反应器Ⅱ的稳定性较差,且过量曝气易造成污泥流失而长期破坏CANON工艺的稳定运行;反应器Ⅲ与反应器Ⅳ可在20~30℃条件下稳定运行,因此,认为海绵填料与火山岩填料均可作为CANON工艺的合适填料,而改性聚乙烯填料并不适合。最后,试验得出Anammox菌性质如下:厌氧氨氧化试验时消耗的NH4+-N、NO2--N及产生的NO3--N的比例为1:1.36:0.22;在30℃下活性最高,NO2--N对其抑制浓度处于200~280mg·L-1;PO43--P浓度不超过90mg·L-1时不会对其构成抑制,当高DO抑制其活性后,降低DO可快速恢复厌氧氨氧化活性。