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在污水生物脱氮工艺中,厌氧氨氧化（Anammox）工艺具有经济、高效、绿色、环保的优点,是新型脱氮技术的代表,也是目前污水生物脱氮领域的研究热点,已被应用于中高浓度含氮污水的脱氮处理中。在Anammox工艺中,部分亚硝化厌氧氨氧化工艺（Partial Nitritation-Anammox,PN-A）具有占地面积少、设备投入低以及运行操作方便的优势。然而,单级PN-A工艺仍面临工艺启动时间长、亚硝酸盐氧化菌（NOB）易过度增殖、工艺运行条件对主要功能菌氨氧化菌（AOB）与Anammox菌（An AOB）之间代谢平衡如何维持等难题。此外,中间产物在PN-A工艺中的累积特征及其对工艺的调节机制尚未探明。本论文以单级PN-A工艺为研究对象,探究工艺快速启动策略和脱氮性能强化及启动阶段NO的累积变化特征,分析了单级PN-A生物膜工艺N2O减排策略,探索了氮循环中间产物NH2OH、N2H4和NO对工艺性能的调控机制,进一步探明功能菌之间的相互作用关系以及其协同平衡关系,以期为解决单级PN-A工艺中存在的问题提供理论和技术支持,获得主要研究结论如下:（1）单级PN-A工艺的快速启动和稳定运行策略研究。采用序批式生物膜反应器（Sequencing Batch Biofilm Reactor,SBBR）,以传统活性污泥为接种污泥,在进水NH4+-N浓度为100mg·L-1、p H 8.0±0.2、温度30±2℃的条件下,前10天进水添加100mg COD·L-1的乙酸钠,适时调整排水比和调整曝气方式（采用前置不曝气和后置不曝气）,成功在31天内启动了单级PN-A工艺。工艺稳定运行期平均ARE（氨氮去除率）和TNRE（总氮去除率）分别为98.5±1.5%和89.5±1.6%,△NO3--N/△NH4+-N（硝酸盐生成量与氨氮去除量的比值）稳定在11%左右,平均TNRR（总氮去除速率）为0.146±0.095 kg N·m-3·d-1。通过增加曝气量、同时增加前置不曝气,成功将TNRR提高到0.258±0.130 kg N·m-3·d-1。功能菌AOB、An AOB和NOB的丰度分别为1.6%、19.3%和0.3%。（2）PN-A工艺长期运行结果和功能菌活性测定结果表明,每个周期内保持反应器1h曝气饥饿期和1h厌氧饥饿期,能够稳定维持各功能菌的代谢活性平衡,保持工艺性能的稳定。工艺启动阶段NO浓度变化显示,随着生物膜的形成和An AOB活性增强,液相NO浓度逐渐降低并稳定,这表明AOB代谢中间产物NO能够增强An AOB,从而有利于Anammox工艺的启动。此外,本研究PN-A工艺稳定阶段N2O的产生量仅占进水总氮的0.51%,小于报道值。（3）外加NH2OH对PN-A工艺性能退化的快速恢复作用及机制研究。通过向连续曝气(DO浓度1.25～2.3 mg·L-1)的SBBR单级PN-A系统每隔一个周期1次间歇添加10 mg N·L-1盐酸羟氨,PN-A工艺性能在5天内完全恢复,NOB被有效抑制,△NO3--N/△NH4+-N从28.5%降至11.0%以下。投加NH2OH的周期内,工艺出水△NO3--N/△NH4+-N小于9%。中间产物NO在PN-A工艺的功能菌之间具有重要的关联和调节作用。（4）外加N2H4对PN-A工艺强化效果研究。针对单级PN-A因更换液下混合泵导致DO传质速率增加发生NO3-大量积累的情况,试验研究间歇（每隔一个周期一次）投加N2H4(10mg N·L-1)的作用效果及机制。结果表明,经过20天间歇投加N2H4后,系统An AOB活性增加16.3%,TNRE增加了16.5%,但停止添加后硝酸盐氮浓度迅速升高,说明N2H4对NOB的抑制作用可逆。此外,添加N2H4的周期N2O累积浓度比不添加的周期平均减少约0.01mg·L-1,N2H4能够减少NO2-、NO和N2O的累积量,有利于PN-A工艺N2O排放控制。（5）建立包含AOB和An AOB中间产物NH2OH、NO和N2H4的单级PN-A生物膜数学模型,分析了NH2OH和N2H4对PN-A工艺生化反应作用机制。模型拟合结果表明,数学模型能够较准确模拟连续曝气单级PN-A工艺过程氮素转化规律;外加NH2OH强化工艺的机制是其经AOB代谢为NO,可为An AOB提供氧化氨氮的基质,从而促进An AOB代谢速率并减少NO3-的生成。单级PN-A过程NH2OH发生累积,能够抑制NOB、强化An AOB活性,从而维持功能菌之间的平衡。