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厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidizing, Anammox)技术因其高效、低能耗和环境友好的特点受到广泛关注,但该技术至今仍未得到广泛的工程应用,主要限制瓶颈为：Anammox细菌富集困难导致的工艺启动期漫长。此外,污水中的重金属、有机碳等物质会抑制其代谢活性,进一步限制了该技术的工程应用范围。针对上述问题,本论文以Anammox菌群为研究对象,选取实际废水中常见的重金属元素Cd、Ag、Hg、Pb和微生物代谢所必须的微量元素Fe、Mn共6种常见金属元素,通过探索上述重金属元素对Anammox菌群脱氮效果和代谢活性的影响及相关机理。在此基础上,开发出强化Anammox菌群代谢活性、缩短工艺启动期的新方法。此外,对Anammox与异养反硝化耦合脱氮工艺进行数学模拟,优化主要工艺条件、详细分析了模型中的关键动力学参数对模拟结果的影响。论文取得了一些创新性的研究成果,主要包括：(1)Cd2+、Ag+、Hg2+和Pb2+4种重金属离子依据暴露浓度不同,可对Anammox细菌的活性产生不同程度地抑制作用,导致Anammox菌群的总氮去除速率、胞内联氨脱氢酶(HDH)活性以及血红素c (heme c)的含量不同程度地下降。其中Cd2+和Hg2+的抑制作用在短期内不可逆；而Ag+和Pb2+的抑制作用经过96小时的恢复期,依据暴露浓度的大小,可部分或完全消除。上述4种元素对Anammox菌的毒性由强到弱依次为：Cd2+>Ag+>Hg2+>Pb2+(2)在一定范围内提高基质中Fe2+浓度能够有效增强Anammox菌群的脱氮速率。在0.03-0.09 mM-Fe范围内,Anammox菌群总氮去除速率、heme c含量和HDH活性随着Fe2+浓度的增加而提高,最优值为0.09 mM。在此条件下,Anammox菌群的总氮去除速率可提高32.2%；Anammox反应器的启动期仅为58 d,与对照组相比缩短28%。当Fe2+浓度达到0.18 mM时,Anammox菌群的活性会受到明显的抑制。(3)MnO2能够缓冲高浓度基质对菌群的不利影响,进而强化Anammox菌群的活性。反应器实验证实,添加MnO2可使Anammox菌群的总氮负荷速率、总氮去除速率以及胞内HDH活性分别提高66.9%、98.2%和76.7%。经过长期培养、Mn元素逐渐在Anammox细菌细胞内部富集,并对细胞结构产生影响。(4)通过建立数学模型,可对指定条件下Anammox耦合异养反硝化脱氮工艺(SAD)的水质变化进行模拟。C/NO3-N比和污泥浓度比(反硝化菌/Anammox菌,XH/XAN)是控制脱氮效果的关键因素。C/NO3-N比在1.5-2.0、XH/XAN在0.3-0.4范围是SAD体系获得理想脱氮和脱碳效果的必要条件。在该模型中,Anammox菌和异养反硝化菌的亚硝氮半饱和速率常数比(KNO2H/KNO2AN)和异养反硝化菌分别以硝氮和亚硝氮代谢的缺氧还原系数比(ηNOB/ηNO2)为敏感性参数,会对模型的模拟结果产生显著影响。