工农业发展和城市化进程的加快导致了氮素的超额排放，对水环境造成了巨大的污染，也间接威胁到了人类的身体健康，如何控制氮素污染已经成为了当代研究学者们亟待解决的重大课题。传统的生物脱氮技术应用广泛，但是普遍存在着诸如工艺流程长、占地面积大、运行控制技术不成熟和基建费用高等问题。新型的生物脱氮技术中厌氧氨氧化(ANaerobic AMMonium OXidation，ANAMMOX)工艺突破了传统生物脱氮技术中硝化反硝化的基本理论，成为一条公认的经济、高效、环保、可持续的脱氮路径。但是要将ANAMMOX工艺应用到实际污水处理工程中还必须面对许多问题，比如厌氧氨氧化菌(Anaerobic Ammonium Oxidation Bacteria，AnAOB)生长缓慢，污泥浓度难以进一步提高，脱氮效果易受环境影响等，这些都严重制约了ANAMMOX脱氮技术的发展。
　　本研究采用自行设计的一体式半硝化-厌氧氨氧化反应器(Single stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation，SNAP)，有效容积为80L，在反应器内固定生物膜填料，通过投加具有厌氧氨氧化活性的种泥使其附着在生物膜填料上，处理对象为50～2000mg/L的人工模拟氨氮废水，采用连续流的进水方式研究了温度、pH、氧化还原电位(Oxidation-Reduction Potential，ORP)等因素对反应器脱氮性能的影响，并分析了反应器的种泥和氮负荷(Nitrogen Loading Rate，NLR)提到2kg-N/m3/d稳定运行阶段污泥的微生物群落结构变化。反应器启动成功之后又相继进行了提负荷、耐浓度、碱度、温度和再启动实验，主要研究结果如下:
　　(1)将硝化污泥与厌氧氨氧化污泥按质量比1∶5的比例混合作为种泥，接种浓度为0.7g/L，保持进水氨氮浓度50～500mg/L，控制反应器内曝气量为0.2L/min，溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)浓度范围0.1～4mg/L之间，温度30～32℃，pH=7.2～7.4，水力停留时间(Hydraulic Retention Time，HRT)10～12.47h之间，成功启动反应器。运行63天后，SNAP反应器的氨氮去除率为80％以上，总氮去除率为70％以上，进水总氮负荷1.42kg-N/m3/d，总氮去除负荷达到1kg-N/m3/d。
　　(2)在进水氨氮浓度为900mg/L并稳定运行后进行耐浓度实验，保持进水流量在80～140L/d之间，反应器温度28～32℃，pH值7.2～7.4，DO为2～6mg/L，ORP为70～110mv，逐步将浓度提至2000mg/L并稳定运行了一个月。结果表明氮去除负荷基本维持在1.5～2.0kg-N/m3/d之间，总氮去除率在85％以上，但是由于反应器长期在高负荷状态下运行时出水不稳定，考虑到实际工程中可以采取两级SNAP反应器串联的方式。
　　(3)由三次温度实验可以得出:反应器在30℃左右时反应器厌氧氨氧化的活性最高，10℃时活性最低，而且随着反应器氮负荷的增加，相同温度条件下氨氮去除率呈现下降的趋势。通过对三个进水氨氮浓度段的ORP分析，可以得到:进水氨氮浓度为500mg/L和1000mg/L时，实际硝氮值和理论硝氮值的比值在1上下波动，但是当进水氨氮浓度为2000mg/L时，比值几乎全部大于1，最高的时候达到2.3左右，说明在高氨氮浓度下，反应器曝气量比较大，促进了亚硝酸盐氧化菌(Nitrite Oxidizing Bacteria，NOB)的生长，使硝氮大量积累。
　　(4)高通量测序结果显示，厌氧氨氧化反应器启动到稳定过程中微生物群落结构都比较稳定。共检测出8个菌门，从启动到2kg-N/m3/d的高负荷运行，浮霉菌门（Planctomycetes）和变形菌门（Proteobacteria）这两个具有脱氮功能的菌门都是污泥中最主要的菌门，在1#、2#、3#样品中分别占了72.03％、78.60、52.42％。其中占据优势地位的菌种主要是浮霉菌门的Candidatus Kuenenia，它为能承受高氨氮浓度的厌氧氨氧化菌，在反应器2kg-N/m3/d的高负荷运行时上部1#污泥和下部2#污泥中该种菌的含量达到了40％左右。