当前城市污水厂普遍存在着出水中氮磷含量超标以及耗能量大两大关键问题。因此，研究与开发高效低耗的污水生物脱氮技术，不仅可以解决水体富营养化严重的问题，而且也有利于缓解我国当前能源紧缺的局面。城市污水半短程硝化-厌氧氨氧化技术就是这样一种高效低耗、环境友好的自养生物脱氮技术。但是由于城市污水连续流短程硝化较难实现、厌氧氨氧化菌倍增时间长(生长缓慢)且厌氧氨氧化反应对进水基质的配比有着严格的要求，因此，要将这项新型生物脱氮工艺应用于实际，必须解决城市污水半短程硝化的稳定维持以及厌氧氨氧化系统对低氨氮废水的高效去除等问题。　　本文从城市污水半短程硝化和城市污水厌氧氨氧化的基础性研究入手，首先探索了连续流城市污水系统实现半短程硝化的可行性。城市污水连续流系统实现半短程硝化的关键因素在于：不仅要实现稳定的短程硝化，而且要控制硝化率在50％左右。而通过生物强化作用可以提高连续流城市污水中的亚硝积累率，并在短程硝化受到破坏后能使其在短期内迅速恢复。其次，研究了厌氧氨氧化工艺在低基质条件下的脱氮性能，并考察了低基质条件下厌氧氨氧化颗粒污泥的形成、降温过程中颗粒污泥中厌氧氨氧化菌群的演化以及对生物膜与颗粒污泥反应器的脱氮性能进行了对比研究。基于上述两方面的基础研究，最后对城市污水半短程硝化-厌氧氨氧化自养脱氮工艺的可行性进行了验证。本文主要研究内容和研究成果如下：　　(1)城市污水A/O半短程硝化系统中，主要通过温度、DO以及HRT的控制实现半短程硝化。在温度、DO固定的条件下，通过改变HRT可以调整出水NO2--N/NH4+-N比值，从而满足后续厌氧氨氧化对进水NO2--N/NH4+-N约为1.0的要求。本试验中控制HRT为5.79h，反应温度为25-33℃，平均DO浓度为0.84mg/L时可使出水NO2--N/NH4+-N维持在1.0左右。　　(2)应用生物强化策略，可快速启动城市污水短程硝化，亚硝酸盐积累率第二天即可达到96％。在短程硝化破坏后，通过生物强化策略并把DO控制在较低水平，15d就可重新实现短程硝化，亚硝酸盐积累率即由1％上升到了89％，此后就稳定在85％左右。　　(3)研究了温度对厌氧氨氧化脱氮性能的影响。30℃时逐步缩短ANAMMOX-UASB反应器的水力停留时间(HRT hydraulic retention time)，反应器的容积氮去除速率不断增加。当HRT为0.14h时，对应的容积氮去除速率(NRR，nitrogen removal rate)由0.57 kg N/(m3·d)提升至5.73 kg N/(m3·d)；对NH4+-N与NO2--N的平均去除率分别为93.3％和94.6％。随着温度的降低，反应器的容积氮去除速率逐渐下降，当温度降至16℃时，容积氮去除速率平均值为2.28kg N/(m3·d)，对NH4+-N与NO2--N的平均去除率分别为78.45％和92.31％。　　(4)考察了运行过程中厌氧氨氧化颗粒污泥的形成及颗粒污泥特性的变化。在30℃条件下通过逐步提高进水流量可将UASB反应器中的厌氧氨氧化絮体污泥培养成颗粒污泥，第76d时，颗粒污泥粒径分布主要集中在0.5-0.9mm范围内；随着运行时间的增加，颗粒污泥的粒径逐渐增大，到第192d时，粒径分布主要在0.9-1.5mm和1.5-2.0mm之间。　　(5)考察了降温过程中反应器中厌氧氨氧化菌的菌群演替情况。30℃条件下，颗粒污泥中厌氧氨氧化菌主要为Candidatus“Kuenenia stuttgartiensis”，厌氧氨氧化菌丰度为1.68±0.08×109个拷贝数/ml混合液；但当温度降低至16℃时，颗粒污泥中厌氧氨氧化菌由Candidatus“Kuenenia stuttgartiensis”变为Candidatus“Kuenenia stuttgartiensis”和Candidatus“Brocadia fulgida”的混合菌种，厌氧氨氧化菌丰度为1.93±0.41×109个拷贝数/ml混合液。　　(6)证明了城市污水自养脱氮工艺的可行性。利用半短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理城市污水，在进水TN平均为55.60mg/L，C/N为2.75的条件下，工艺出水TN浓度平均为11.20mg/L，NH4+-N浓度平均为3.69mg/L，可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。