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城市生活污水通常存在化学需氧量/总氮(COD/TN，也作C/N，COD:chemicaloxygen demand，TN:total nitrogen)比偏低的问题，无法满足传统生物脱氮对碳源的需求，污水处理厂通常以投加外碳源（如甲醇）的方式来提高工艺脱氮效果，这既增加了污水处理成本，又进一步加大了剩余污泥的产量。目前污水处理过程中，生物脱氮工艺与污泥处理工艺通常分开进行，不但使剩余污泥中的有机碳源没有开发用于脱氮过程，而且剩余污泥处理处置的副产物又容易造成二次污染的问题。 针对以上问题，首次提出一种新型的生活污水脱氮同步污泥减量与资源化工艺，即部分短程硝化+同步污泥发酵、反硝化及厌氧氨氧化(PN+SFDA，PartialNitritation+simultaneous Sludge Fermentation,Denitrification and Anammox),旨在强化低C/N比污水深度脱氮性能及污泥减量效果，期望为实现低C/N比污水深度脱氮提供可行方法和技术支持，为解决剩余污泥处理处置问题提供新思路，为我国城市生活污水处理厂建设和运行提供新的工艺和技术。以某生活小区实际生活污水为主要研究对象，从C、N去除及污泥减量效果等工艺运行方面考察了PN+SFDA工艺的性能，从系统菌群结构、影响因素等机理方面探讨了该工艺实现并稳定维持的原因，基于以上研究结果，提出了未来该工艺潜在应用的可行性。论文研究工作的结果和结论主要包括以下两个方面: (1)运行效果 部分短程硝化(PN)系统实现了稳定的部分短程硝化效果。出水中NO2--N/NH4+-N比大都维持在1.32-10.07的范围，说明实现长期部分短程硝化是可行的;通过对原水有机物利用情况分析，表明PN序批式反应器(PN-SBR，Partial Nitritation Sequencing Batch Reactor)每个周期大约47.6％的有机物被用于还原亚硝态氮，从而节约了去除有机物的曝气能耗，并因去除了亚硝氧化菌(NOB，nitrite oxidizing bacteria)所需底物进而保障了短程硝化的稳定。 同步污泥发酵、反硝化及厌氧氨氧化(S FDA)系统实现了深度脱氮与污泥减量效果。当进水氮负荷从0.075升高到0.106kg N/(m3·d)时，氨氮和亚硝态氮最高去除速率分别达到0.021和0.081kg N/(m3·d)，反硝化作用对污泥发酵产生的有机物不断消耗，强化了污泥发酵产酸以及污泥衰减，最终实现污泥减量38.8％。 将PN系统与SFDA系统连接，对PN+SFDA工艺长期运行效果进行考察。探讨了工艺脱氮及污泥减量的效果，结果表明了80％的稳定脱氮效率以及40-50％的外源污泥减量率;考察了不同温度条件下工艺的运行，结果表明常温下SFDA反应器取得了与30℃下相似的脱氮、除碳和污泥减量效果;通过一个服务于100000人口当量的PN+SFDA中试工程，估算出其相比传统硝化-反硝化工艺节约成本79％，节省能源35％。 (2)机理分析 以探究PN+SFDA工艺效果与微生物菌群结构关系为目的，通过高通量测序手段对PN+SFDA系统中种群结构进行了考察，鉴定出系统中的功能菌群。SFDA中优势细菌是Proteobacteria，而Bacteroidetes是PN-SBR中的优势菌群。PN-SBR中主要硝化细菌Nitrosomonas促进了短程硝化的稳定，出水几乎没有硝氮产生。在SFDA中实现同步污泥发酵、反硝化及厌氧氨氧化的关键功能菌群为Thauera，Candidatus Anammoximicrobium和Pseudomonas。工艺取得了稳定高效的脱氮效果:PN-SBR中平均亚硝态氮积累率达到97.8％，PN+SFDA出水总氮为9.4mg/L。 以探究SFDA系统中的污泥发酵耦合反硝化过程为目的，分别考察了pH和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS，sodium dodecyl sulfate)对污泥发酵耦合反硝化系统的影响。近中性条件能够同时增强污泥发酵和反硝化效果，更具有现实意义，相比于控制pH条件，不控制pH时用于原位反硝化的VFA产量(VFA-De，Volatile Fatty Acid for Denitrification)更高;SDS投加量为0.02g/g能够同时促进污泥发酵耦合反硝化，还能实现相对较少的氮磷释放。