基于厌氧氨氧化（anammox）的自养脱氮工艺,具有无需外加碳源、耗能低、剩余污泥及温室气体产量少等优势,已成功应用于30-35℃下的高氨氮（NH4+-N）废水生物脱氮工程实践。然而,低NH4+-N废水的水温通常低于30℃,且氮负荷较低,导致厌氧氨氧化菌（An AOB）活性不足,同时亚硝酸盐氧化菌（NOB）相对活跃,极大影响anammox过程的实现和系统的稳定运行,是目前自养脱氮工艺亟待解决的难点问题。联氨（N2H4）是anammox过程的中间代谢产物,对NOB的抑制作用要远高于好氧氨氧化菌（AOB）,因此,向自养脱氮系统投加适量N2H4,应该可以抑制NOB活性,同时促进An AOB生长,进而保证自养脱氮系统的稳定运行。本研究以提高自养脱氮系统效能及运行稳定性为目标,开展了N2H4对anammox颗粒污泥活性的影响、N2H4对低NH4+-N废水自养脱氮系统稳定运行的促进作用、N2H4促进低NH4+-N废水自养脱氮系统稳定运行的微生物学机制等研究,为实现低NH4+-N废水自养脱氮工艺提供理论和技术支持。首先采用序批式实验,考查了N2H4对anammox颗粒污泥活性的影响。结果表明,5 mg/L的N2H4对颗粒污泥中An AOB活性的即时促进效果最好,促进率可达到33%左右。采用间歇投加方式,将N2H4浓度控制在1-5 mg/L范围内的策略可以持续促进An AOB活性,3-5 mg/L的N2H4浓度下促进作用更明显,而且,投加的N2H4可以被An AOB充分利用,避免了因N2H4积累造成的危害。另外,研究还发现,N2H4作为电子供体可以促进anammox过程的发生,主要原因是N2H4投加将颗粒污泥胞外聚合物（EPS）中的结合型蛋白（B-PN）含量提升了21%左右,有效改善了An AOB颗粒污泥的结构稳定性。借助自养脱氮颗粒污泥反应器（R1）和絮状-颗粒混合污泥反应器（R2）的调控运行,考查了N2H4对自养脱氮系统运行效能及稳定性的影响。研究结果表明,通过间歇投加N2H4,将其浓度控制在3-5 mg/L范围内的策略,有效促进了系统的效能,出水总氮（TN）浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）规定的不大于15 mg/L的要求,且出水中未检测到N2H4残留。在R1和R2的运行过程中,在不低于20℃的室温下ΔTN/ΔNH4+-N和ΔNO3--N/ΔNH4+-N分别维持在理论值0.88和0.11附近,成功实现了低NH4+-N废水自养脱氮系统的稳定运行。另外,长期低温（4℃）储存的自养脱氮颗粒污泥的活性可在21天内成功恢复,3-5 mg/L的N2H4投加提高了系统的运行效能,TNRR达到0.35±0.02 kg N/（m3·d）。N2H4促进低NH4+-N废水自养脱氮系统稳定运行的微生物学机制研究发现,在不低于20℃的室温和不同C/N（以COD/NH4+-N计,1.1-2.1）下,N2H4投加可优化自养脱氮系统中的微生物群落结构,使得与自养脱氮过程关联的菌群（Chloroflexi,Chlorobi,Planctomycetes,Nitrospirae,Proteobacteria）处于优势地位。功能菌群解析结果表明,N2H4不仅可以将An AOB（如Candidatus Jettenia）的相对丰度大幅提高到33%以上,还可将NOB（如Nitrospira）的相对丰度抑制在0.5%以下,而且菌属与环境因子的关联分析发现,N2H4是影响自养脱氮系统稳定运行的关键因素。另外,在N2H4介导下,环二鸟苷酸酶（c-di-GMP synthetase）的合成得以强化,刺激An AOB分泌B-PN,改善了自养脱氮颗粒污泥的结构与代谢稳定性。本研究针对低NH4+-N废水自养脱氮系统难以稳定运行的问题,采用间歇投加3-5 mg/L N2H4的策略,有效促进了An AOB活性,在不低于20℃的室温下实现了低NH4+-N废水自养脱氮系统的稳定运行,同时保证N2H4被An AOB充分利用无残留,并揭示了N2H4促进该工艺稳定运行的微生物学机制,该系统与目前普遍采用的30℃下运行的自养脱氮工艺相比更加高效节能。