人工快渗（Constructed rapid infiltration,CRI）系统是在传统土壤渗滤系统基础上发展起来的一种基建投资少、工艺操作简便、运行成本低的新型污水生态处理技术,在处理中小城镇生活污水、农村分散污水、受污染地表水及市政管网尚未覆盖的边远地区污水时优势显著,具有重要的推广价值。然而,CRI系统对总氮（TN）的去除效果差,限制了其技术应用。部分亚硝化（Partial nitrification,PN）和厌氧氨氧化（Anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX）为解决传统生物脱氮反硝化碳源不足导致TN去除率低的问题提供了新的思路,但目前对PN和ANAMMOX的研究多采用SBR、MBR、ABR或UASB等以活性污泥为主的反应体系,且多适用于氨氮浓度较高的废水处理,针对CRI系统内PN-ANAMMOX耦合脱氮性能及机理的研究鲜有报道。鉴于此,本文在探讨人工快渗系统内PN和ANAMMOX启动特性和稳定调控方法的基础上,构建了PN和ANAMMOX脱氮动力学模型,考察了PN-ANAMMOX的耦合脱氮性能,解析了PN和ANAMMOX反应器内微生物的群落结构特征,揭示了PN-ANAMMOX耦合脱氮的发生机理,为CRI系统的高效低耗脱氮提供了新的方法。主要研究结果如下:（1）通过考察不同饥饿时间和不同进水pH条件下的氮素污染物转化规律以及AOB和NOB的活性变化情况,确定了CRI系统由全程硝化向部分亚硝化转变的最适饥饿时间和进水pH值,提出了基于饥饿-pH协同调控的CRI系统部分亚硝化实现方法。经15 d饥饿后,CRI系统内的NH₄⁺-N去除率、NO₂^--N积累率分别稳定在60%、65%左右,调节进水pH值至8.7时NOB的活性进一步受到严重抑制,出现NO₂^--N积累的“跃点”,NH₄⁺-N去除率、NO₂^--N积累率分别稳定在60%、90%左右,出水NO₂^--N/NH₄⁺-N浓度比为1.21¹.33,实现部分亚硝化的成功启动。在此基础上,控制进水pH值为7.2⁷.8,湿干比为1:3¹:4,水力负荷为1.0 m·d^-1,温度为20³0°C,NH₄⁺-N、COD浓度分别为45⁵0、100¹50 mg·L^-1,部分亚硝化的出水水质能稳定的满足后续厌氧氨氧化的进水要求。（2）通过考察接种不同源污泥后CRI系统的脱氮特性,提出了基于混合污泥（好氧硝化污泥和异养反硝化污泥体积比1:2）接种的厌氧氨氧化快速启动方法。经适应期（1¹5 d）、活性迟滞期（16³5 d）、活性提高期（36⁸7 d）和活性稳定期（88⁹2 d）四个阶段后成功启动厌氧氨氧化,活性稳定期的VS、Heme、EPS、SAA分别为113.2±3.9 mg·g^-1滤料、1.17±0.13μmol·g VS^-1、138.28±3.66 mg·g VS^-1、95.96±3.79 mgN·g VS^-1·d^-1,TN平均去除率为91.5%,容积氮平均去除速率为0.0827 kgN·（m³·d）^-1。在此基础上,控制进水NO₂^--N/NH₄⁺-N比为1.3,水力负荷为1.0 m·d^-1,pH为7.0⁸.2,DO浓度为0.5³.0 mg·L^-1,温度为20³5°C,厌氧氨氧化的TN去除率稳定在90%以上。（3）在探讨氮素污染物沿程转变规律的基础上,构建了不同进水基质浓度和水力负荷下的PN和ANAMMOX脱氮动力学模型。对于部分亚硝化反应,不同进水NH₄⁺-N浓度(10.2⁶1.3 mg·L^-1)和进水水力负荷(0.2¹.2 m·d^-1)下的NH₄⁺-N去除动力学模型分别为:S_h/S₀=exp(-1.0033S₀^-1.1337h)、S_h/S₀=exp(-0.0127q^-0.8991h);对于厌氧氨氧化反应,当NO₂^--N/NH₄⁺-N浓度比为1.3时,不同进水NH₄⁺-N浓度(5²5 mg·L^-1)下的NH₄⁺-N、NO₂^--N去除动力学模型分别为:S_h/S₀=exp(-0.6244S₀^-0.714h)、S_h/S₀=exp(-0.7633S₀^-0.7178h),不同进水水力负荷(0.4¹.1 m·d^-1)下的NH₄⁺-N、NO₂^--N去除动力学模型分别为:S_h/S₀=exp(-0.07302q^-0.8019h)、S_h/S₀=exp(-0.07614q^-0.7104h)。模型计算值与实验实测值具有较高的吻合度,所构建动力学模型具有较高的准确性。（4）在稳定进水状态下,PN-ANAMMOX耦合工艺表现出高效、稳定的脱氮性能,对COD、NH₄⁺-N、TN的平均去除率分别高于90%、98%、90%,PN反应器对NH₄⁺-N的去除率为60.23±1.381%,对污水中NH₄⁺-N的转化起主导作用;ANAMMOX反应器对TN的去除率为84.56±3.477%,对污水中TN的去除起主导作用。当进水NH₄⁺-N浓度降至27³3 mg·L^-1时,TN平均去除率降至62.11%,当进水水力负荷降至0.8 m·d^-1时,TN平均去除率降至81.94%。分别调整PN反应器的出水高度为60、45 cm后,△NO₂^--N/△NH₄⁺-N比降至1.3左右,TN平均去除率恢复至90%以上,实现了PN-ANAMMOX工艺在水质水量波动状态下的高效耦合脱氮。（5）采用16S rRNA高通量测序技术解析了稳定运行期PN和ANAMMOX反应器内不同滤料层的OTU丰度、菌群类型、Alpha多样性、Beta多样性等,揭示了CRI系统内部分亚硝化和厌氧氨氧化的作用机理。从PN反应器5个不同高度滤料层共检测到3种氨氧化菌属（Nitrosomonas、Nitrosovibrio、Nitrosopumilus）和1种亚硝酸氧化菌属（Nitrospira）,其中Nitrosomonas以5.33%⁷.25%的相对丰度占绝对优势,能将NH₄⁺-N顺利氧化为NO₂^--N,而Nitrospira的相对丰度仅为氨氧化菌属总丰度的2.53%⁶.34%,将NO₂^--N氧化为NO₃^--N的过程受阻,导致了部分亚硝化的发生。从ANAMMOX反应器5个不同高度滤料层共检测到2种厌氧氨氧化菌属（Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia）,其中Candidatus Brocadia以1.25%⁵.33%的相对丰度占绝对优势,是厌氧氨氧化同步去除NO₂^--N和NH₄⁺-N的关键功能菌属。此外,在ANAMMOX反应器内还检测到Nitrosomonas、Nitrospira、Dechloromonas、Bdellovibrio、Thauera、Flavobacterium等多种不同类型的脱氮菌属,它们协同共存于ANAMMOX反应器内,共同影响着ANAMMOX的脱氮性能。