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以活性污泥法为核心的传统城市污水处理工艺能耗高、温室气体排放大、污泥产量多,已经难以满足污水处理节能、低碳、资源回收的技术发展需求。近年来,厌氧消化（Anaerobic digestion,AD）和部分硝化-厌氧氨氧化（Partial nitrification and Anammox,PN/A）组合的新技术受到广泛关注,该技术具有能源回收、低碳排放、污泥减量的显著优势。AD过程可形成以氨氮为主要氮形态、COD/TN（C/N）比偏低的出水。而PN/A过程均为化学自养反应,能有效应对低C/N比污水处理。但是,PN/A应用于城市污水AD出水的处理仍然面临众多挑战,其中,AD出水的低氨氮特征是影响PN/A稳定性的关键原因。本研究以提升PN/A处理城市污水AD出水的稳定性为目标,分别采用SBR和USB反应器作为PN和Anammox单元（分别记为PN-SBR和Anammox-USB）,通过长达274天的连续试验,探索了不同水力停留时间（HRT）对PN/A处理效能的影响,提出了系统高效运行的最佳工况,考察了功能微生物活性及污泥粒径等污泥相关特性变化规律,利用原位荧光杂交（FISH）和MiSeq高通量测序技术,阐明了功能菌群的空间分布、群落结构与作用特性。主要成果和结论如下:（1）HRT对PN/A脱氮效能具有显著影响。过长HRT条件不能满足功能微生物所需的氮负荷（NLR）,过短HRT条件会导致NLR过高且水力负荷过大,两类工况均无法实现高效脱氮。HRT=6 h(其中PN段HRTPN=2 h、Anammox段HRTAnammox=4 h)被证明是PN/A的最佳工况,TN去除率平均达到81.3%,最高达到86.7%,出水TN浓度稳定低于13.0 mg/L。并且,水中低浓度COD促进了系统内的反硝化作用,出水中COD浓度稳定低于20.0 mg/L。（2）PN-SBR单元的污泥以絮状为主,该单元的控制关键是氨氧化菌（AOB）的富集和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的抑制。间歇曝气和污泥停留时间（SRT）调节可以有效抑制NOB的生长,在HRTPN=2 h工况下,AOB活性（SAOA）与NOB活性（SNOA）比值达到最大12,且SAOA达到整个实验的最大值2.22 g-N/g VSS/d。（3）Anammox-USB单元的污泥以颗粒态为主,脱氮过程主要发生在反应器底部,在HRTAnammox=4 h工况下,Anammox菌活性（SAA）达到整个实验的最大值0.452 g-N/g VSS/d。反应器内形成了部分硝化、部分反硝化（NO3--N→NO2--N）与Anammox协同,前两者为Anammox反应补充了NO2--N,强化了系统的脱氮效能。（4）FISH结果表明,AOB是PN-SBR单元的绝对优势菌,最佳工况下AOB占总菌数的比例为83.9±6.7%;Anammox菌是Anammox-USB单元的绝对优势菌,最佳工况下其在颗粒内部占比高达95.2±2.1%,在颗粒边缘占比达52.9±5.3%。（5）高通量结果表明,PN-SBR单元中的AOB主要是Nitrosomonas菌属,最高丰度达到7.09%,NOB主要是Nitrospira菌属,最高丰度仅为0.16%,得到有效控制;Anammox-USB单元中Anammox菌主要是Candidatus Brocadia菌属,在反应器底部的最高丰度达到21.01%,其中反硝化作用的Thauera菌属也具有将反硝化过程控制在生成NO2--N阶段的特点,验证了部分反硝化与Anammox菌的协同作用。