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近年来,随着落后的污水处理工艺与日趋严格的总氮(TN)控制标准间矛盾的日益突出,积极寻找一种更加高效的生物脱氮工艺已成为解决我国水体氮素污染问题的必由之路。厌氧氨氧化(Anammox)是目前已知的最简捷经济的生物脱氮途径之一,然而以Anammox为基础的经典工艺仍存在TN去除不够彻底等问题。因此,本研究在总结合成革废水处理中试研究中存在的问题的基础上,于小试规模下对工艺进行优化和改进,以期研发出一种基于短程硝化、Anammox及硫自养反硝化的新型高效脱氮工艺,实现对合成革废水的达标处理。以有效容积为1 m3的SBR反应器为PNP主反应器,有效容积为0.39 m3的UASB反应器为Ammmox主反应器,进行了两段式PNP-Anammox工艺处理合成革实际废水的中试研究。采用半短程硝化联合Anammox的运行模式,TN去除率可稳定在80%以上,TN容积负荷去除速率(NRR)达0.54kgN/(m3.d)。然而,仍无法实现对废水中TN的达标处理,且两段工艺间的匹配困难、联合工艺操作复杂,Ammmox反应器易受高浓度NO2--N的抑制。在小试规模下以有效容积为4 L的SBR反应器为主反应器,将驯化成功的PNP污泥和Anammox污泥按3:5的质量比接种,在控制DO为0.1～0.3 mg/L,pH 7.4～8.5的条件下,实现了一体式PNP-Anammox工艺的快速启动。在模拟废水NH4+-N浓度约为600～800 mg/L,COD浓度约为200 mg/L的条件下,系统的TN去除率可达90%,总氮容积负荷去除速率(NRR)达0.21 kgN/(m3·d)。向系统中投加单质S,经过约一个月的驯化,成功地在一体式PNP-Anammox工艺中耦合硫自养反硝化,研发出新型PNAD工艺,在原水NH4+-N浓度约为800～900 mg/L、不加有机碳源的条件下,出水TN稳定在5 mg/L以下,TN去除率稳定在98%以上,NRR达0.26 kgN/(m3·d)。以合成革实际废水为进水,PNAD工艺的TN去除率连续20 d稳定在98%以上,NRR约为0.12 kgN/(m3·d)。通过批次试验,确定了 PNAD工艺中与生物脱氮相关的主要生化反应,并对各生化反应发生的顺序及TN去除贡献率进行分析;通过高通量测序手段鉴定了工艺运行的不同时期系统中微生物的组成和结构的变化。从而实现了对PNAD工艺机理的初步探究。总之,通过PNAD工艺的研发,有效地解决了两段式PNP-Anammox工艺在合成革废水处理中存在的TN去除不彻底等问题,可实现合成革废水的达标处理。