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由于污水处理厂排放标准的提高,其污水达标排放面临着巨大的压力,特别是氮素的排放,因此,寻找更高效、更节能的脱氮工艺迫在眉睫。好氧氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing Archaea,AOA）具有氨氮、氧亲和力高及N2O释放低等优点,能更彻底的去除污水中的氨氮,同时节省能源,对污水处理厂节能、减排具有重要的理论及现实意义。本论文通过富集污水处理活性污泥中的AOA,探讨其生长及脱氮特性。利用高通量测序、PCR、q PCR等微生物手段分析富集期间其种群结构的变化;探讨各影响因素及投加NH2OH对其活性的影响,分析其脱氮途径以及N2O的释放规律;开发AOA与厌氧氨氧化组合脱氮工艺,探讨工艺的脱氮特性。本论文主要结论如下:（1）通过两种模拟废水富集污水处理厂活性污泥中的AOA,实验结果发现,B模拟废水更加适合富集AOA,其中丙酮酸的加入可能是AOA成功富集的主要原因。以B模拟废水进行AOA扩大培养,经过600多天的富集后,最终得到1.4×107拷贝数/ml的AOA,通过高通量测序得到本次富集的AOA为Nitrosocosmicus属,并命名为Nitrosocosmicus Da B1,其丰度占古菌总数99.0%,通过SEM得到形态为1.2μm球形古菌,世代周期为4.5天,活性为233.9μmol/gprot·d,富集培养物中未检测到好氧氨氧化细菌（Ammonia-oxidizing Bacteria,AOB）。（2）通过各影响因素对所富集的AOA的影响研究发现,Nitrosocosmicus Da B1的适应p H值范围为6.0-8.5,最佳p H为7.5;Nitrosocosmicus Da B1适宜温度范围为28-40℃,最适温度为35℃,通过对其EPS进行分析发现,在温度低于28℃或高于40℃时Nitrosocosmicus Da B1会合成更多的多糖来保护菌体及维持生长,在最适温度（35℃）下,其酶活性最高,合成更多的转运蛋白,而EPS中的腐殖酸则对温度没有显著的影响;Nitrosocosmicus Da B1的氨氮和氧Km分别为11.0±3.7μM NH4+-N+NH3（～0.1μM NH3）和4.1±2.5μM,与多数AOA和Comammox相近,远低于AOB,此外,Nitrosocosmicus Da B1具有更高的氨氮耐受性,当氨氮浓度为40 m M时Nitrosocosmicus Da B1具有最佳活性,活性为56.0μmol N/gprot·d,当氨氮浓度为80 m M时仍没有明显抑制现象;结合该污水处理厂运行工艺SBR,推测污泥停留时间长、间歇曝气、低料液比、耐受p H值宽和耐高氨氮可能是AOA在SBR工艺中富集的关键因素。（3）投加3-氧代-2-苯基-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧（2-Phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-3-oxide-1-oxyl,PTIO）后AOA活性受到抑制,NH4+不再被消耗,此外,检测到AOA在氧化氨过程中会产生NH2OH及N2O,NH2OH最高累积量为6.1μM,N2O最高累积为102.8 n M,N2O/NH4+为0.05%,且释放的N2O与Comammox相近,低于AOB;通过化学计量学计算发现,AOA在进行氨氧化时,2.9%NH4+被同化,97.1%被氧化为NH2OH,其中0.05%转化为N2O,97.05%被进一步被氧化为NO,NO2-,其脱氮途径可能为NH4+→NH2OH→NO→NO2-;同时在探讨NH2OH对AOA氨氧化过程的影响时发现,NH2OH在自然环境下能自发快速分解,在起始NH2OH浓度为200μM条件下,4.5h可分解50%的NH2OH,120h NH2OH完全分解,期间产生107.5μM NO2-;当底物既有NH2OH也有NH4+时,AOA和AOB均优先利用NH2OH,同时NH2OH的投加对AOA活性有抑制作用,而对AOB则有促进作用;当仅以NH2OH为底物时,AOA与AOB均能快速利用NH2OH,并且AOB利用NH2OH的速率高于AOA,但AOB释放的N2O为AOA的2.2倍,NH2OH的投加使得AOA及AOB的N2O释放均有所提高。（4）通过100多天的厌氧氨氧化负荷测试后发现,在室温下,Anammox反应器出水NH4+稳定在0.99 m M,NO2-无累积,NO3-为0.90 m M,NH4+:NO2-:NO3-为1:1.25:0.18接近理论值,NH4+去除率高于80%,最大NH4+载入负荷为5.04 m M/d。温度对于Anammox的影响极大,室温由33℃下降到20℃（晚上低于10℃）,使得NH4+去除率由80%下降到20%,温度恢复到25℃后,经过15天运行,厌氧氨氧化活性得以恢复。AOA与Anammox组合后,先由AOA将55%的NH4+氧化为NO2-,而后所产生的NO2-与剩余的45%NH4+经厌氧氨氧化反应转化为N2,最终出水NH4+和NO3-均稳定低于60μM（0.84 mg/L）,出水TN低于（去除率高于80%）,出水中不含NO2-,此时反应器中NH4+:NO2-:NO3-三氮比为1:1.25:0.22,接近于理论值（1:1.32:0.26）。通过高通量测序分析发现,接入AOA出水后,Anammox种群丰度提高44.1%,以Ca.Kuenenia（30.6%）为优势种群,反硝化菌丰度下降22.8%,以Pseudomonas为优势菌（1.2%）,Anammox种群结构得到优化,并且逐渐成为优势菌,同时提高了Anammox的脱氮贡献,通过同位素示踪法测定得到接入AOA出水后厌氧氨氧化与反硝化贡献比为88.3%:11.7%,在AOA、anammox以及反硝化菌的共同作用下,组合工艺得以保障低氨氮废水的稳定高效脱氮,总氮去除率维持在86.7%,该组合工艺具有高效性、可行性以及稳定性。综上所述,AOA具有比AOB更高的氨氮及氧亲和力,同时AOA在进行氨氧化反应时释放更低的N2O,同时发现污泥停留时间长、间歇曝气、低料液比和高耐p H及氨氮可能有利于污水处理厂富集AOA,AOA与厌氧氨氧化组合工艺的开发对未来,低氨氮浓度的生活污水处理提供理论指导。