随着我国市政污水处理规模的不断扩大,大量的市政污泥伴随而生,这些污泥需要经过适当的处理以避免对环境造成危害。在各种技术中,污泥热水解厌氧消化技术具有加快有机物水解,提高反应速率,降低污泥粘度等优点,但是伴随处理过程也产生了大量含有高浓度氨氮和低碳氮比的厌氧消化液,须经过处理后才能排放至环境中,其中高浓度氨氮的高效去除是污泥热水解厌氧消化沼液处理过程中的难点之一。厌氧氨氧化工艺相比于传统生物技术具有节省曝气、无需外加碳源、反应器体积小等优点,目前已经在传统污泥沼液脱氮中得到了应用,但是通过厌氧氨氧化工艺对高浓度氨氮和低碳氮比的热水解厌氧消化污泥沼液脱氮的相关研究比较少。因此本论文通过两段式亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理热水解厌氧消化污泥沼液的中试试验和批次试验,对系统工况、工艺参数及微生物群落结构开展研究,探索该工艺高效脱氮的应用可行性,为厌氧氨氧化工艺处理热水解厌氧消化污泥沼液的高效脱氮处理提供理论和技术支撑。主要内容及结论为:1、中试亚硝化本试验亚硝化有效池容为64 m3,进水热水解厌氧消化污泥沼液基质浓度逐渐增长,NH₄⁺在1212.02-2178.11 mg/L,COD在1282-3504 mg/L,为典型的高氨氮,低碳氮比废水。亚硝化运行分为两个阶段,1-150 d为稳定运行阶段,150-302 d为优化运行阶段。稳定运行阶段只是为了给厌氧氨氧化提供合适的进水氨氮和亚硝氮比例,并没有充分利用亚硝化过程的脱氮和去除有机物的能力,因此对亚硝化进行优化。亚硝化稳定运行阶段进水氮负荷（NLR）最高为0.322 kgN/m3·d,总氮去除率均值为20.17%,COD去除率均值为34.90%。亚硝化优化运行阶段进水氮负荷（NLR）最高为0.482 kgN/m3·d,总氮去除率均值为42.97%,COD去除率均值为50.29%。优化运行阶段总氮去除率较稳定运行阶段提高113.04%,COD去除率较稳定运行阶段提高44.10%。本试验对亚硝化的成因进行分析发现,温度33±1℃,溶解氧（DO）0.5-1.5 mg/L,游离氨（FN）5.46-7.88 mg/L,均在有利于亚硝酸氮积累的范围内,是构成亚硝酸氮积累的因素。pH 6.0-7.8不在有利于亚硝酸氮积累的范围内,不是构成亚硝酸氮积累的因素。利用高通量测序技术分析了亚硝化反应器内的微生物群落结构特征,Alpha多样性的分析表明,亚硝化污泥样品中包含的物种数目特别多且多样性很高。这是因为热水解厌氧消化污泥沼液中有机物浓度比较高,池内生长了很多菌种。群落结构组分分析表明,在门水平上,变形菌门（Proteobacteria）在亚硝化污泥样品中的比例为46.24%,已知大多数的NOB和所有的AOB都属于变形菌门,由此可以推断硝化菌在反应器中已经得到富集。在属水平上,属于氨氧化菌（AOB）的仅有亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）,在反应器中丰度为7.07%,尽管AOB菌只占细菌总数较小的一部分,但其具有高效的将氨氮氧化成亚硝态氮的能力。同时反应器中也未检测到亚硝酸盐氧化菌（NOB）的存在,这表明NOB菌得到了很好的抑制,已经从系统中淘汰了。2、中试厌氧氨氧化本试验厌氧氨氧化有效池容为34 m3,采用SBR运行模式,以亚硝化段的出水作为厌氧氨氧化段的进水,进水NH₄⁺浓度约585.96 mg/L,进水NO₂^-浓度约628.57 mg/L。厌氧氨氧化运行分为两个部分,稳定运行部分和系统因为异常情况失稳恢复部分。稳定运行部分,进水氮负荷（NLR）最高做到0.447 kgN/m3·d,总氮去除率稳定在80%以上。池内COD一直有去除,去除率约为18.40%,因为进水有机物浓度较高,池内生长了大量异养菌,且随着运行时间越来越长,COD去除率越来越高,异养菌越来越多。失稳恢复部分,因为高pH 9.6长达12 d的抑制,进水氮负荷（NLR）低至0.042 kgN/m3·d,经过16 d恢复运行。因为多次停水停电导致池内NO₂^-浓度过高抑制厌氧氨氧化菌活性,进水氮负荷（NLR）低至0.103kgN/m3·d,经过11 d恢复运行。因为排水虹吸没有破坏导致池内NO₂^-浓度过高抑制厌氧氨氧化菌活性,进水氮负荷（NLR）低至0.090 kgN/m3·d,经过7 d恢复运行。当厌氧氨氧化过程以最高负荷运行时,环境条件发生变化,厌氧氨氧化菌容易受到影响导致活性降低。因此如果想要稳定的运行应当使得厌氧氨氧化过程低于最高负荷,当菌的活性增长时稳步提升负荷。分析各段失稳恢复阶段可以发现,整个厌氧氨氧化系统在极端情况下虽然活性会受到影响,但整个系统还是稳定的,在一定时间内可以恢复。利用高通量测序技术分析了运行过程中微生物群落结构的变化,分别选取第29 d（A1）、145 d（A2）和292 d（A3）的厌氧氨氧化活性污泥进行高通量测序。Alpha多样性指数分析和OUTs的Venn分析表明,厌氧氨氧化运行过程中,污泥菌群丰富度逐渐增加,多样性逐渐增加。三个厌氧氨氧化污泥样品的群落结构组分分析表明在门水平上,浮霉菌门（Planctomycetes）所占相对丰富度随着反应器的运行先增加后减少,说明厌氧氨氧化菌在开始和中期得到了富集,随着后期异养菌数量越来越多,厌氧氨氧化菌占比严重下降。在属水平上,三个样品中,存在Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia属的厌氧氨氧化菌,随着反应器的运行占比逐渐减少,这与门水平的分析相同。3、不同粒径范围厌氧氨氧化颗粒菌团的活性及群落结构对比分析三个反应器整个运行过程中0.425 mm以上粒径范围颗粒菌团开始时活性最好,活性提至最高用时3天,最高为进水氮负荷（NLR）0.213 kgN/m3·d,随后活性稳定,运行稳定。0.25-0.425 mm粒径范围颗粒菌团开始时比0.425 mm以上粒径颗粒菌团活性略差,活性提至最高用时9天,最高为进水氮负荷（NLR）0.320kgN/m3·d,随后活性稳定,运行稳定。0.25 mm以下粒径范围颗粒菌团开始时活性最差,活性提至最高用时24天,最高为进水氮负荷（NLR）0.213 kgN/m3·d,随后活性稳定,运行稳定。0.25-0.425 mm粒径范围颗粒菌团的氮负荷和氮去除负荷最高,氮去除性能最好。利用高通量测序技术分析了0.425 mm以上（A1）,0.25-0.425 mm（B1）和0.25 mm以下（C1）微生物群落结构。Alpha多样性分析指数表明粒径越小,微生物种群的丰富度和多样性越小。OTUs的Venn分析表明大粒径和中等粒径相比较于小粒径相似度较高,差异性较小。群落结构组分分析表明在门水平上,A1、B1和C1中,浮霉菌门（Planctomycetes）所占相对丰富度分别为15.2%、17.19%和37.47%,随着粒径变小,厌氧氨氧化菌数量越多。但这与在属水平上的分析结果相矛盾,属水平分析结果表明在三个样品中,存在Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia属的厌氧氨氧化菌,两者的占比都随着粒径范围的减少而降低。Planctomycetales＿unclassified属的菌在不同粒径范围的占比A1（8.01%）