为了控制水环境污染，国家不断加大污水处理厂建设，使的我国有机物污染基本得到遏制，但氮磷污染并未好转，造成水体富营养化仍不断出现。于此同时我国污水处理能耗不断增加，因此开发低能耗高效污水处理工艺对于我国水污染治理具有重要意义。传统生物脱氮工艺的硝化过程需要消耗氧，反硝化过程需要充足的有机物作为碳源。厌氧氨氧化（Anammox）发现后，使污水自养脱氮成为可能，从而使得污水处理无需有机碳源，同时需氧量也可降低60％。因此厌氧氨氧化脱氮技术的成功应用，有望使城市污水处理厂由能量消耗变为能量自给或能量外供。　　为了将厌氧氨氧化自养技术在城市污水处理厂中推广应用，突破城市污水短程硝化的瓶颈问题，本课题将研究城市污水处理系统中亚硝酸盐氧化菌(NOB)的有效控制与氨氧化菌(AOB)和Anammox菌的有效持留。以城市生活污水为处理对象，首先提出了基于好氧缺氧交替和实时控制的城市污水短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮工艺，并验证了其可行性;进而又对好氧缺氧交替运行中溶解氧浓度对污泥中AOB和NOB活性及其菌群结构的影响进行了研究，从而为城市污水短程硝化启动提供新方法;考察缺氧游离亚硝酸(FNA)对AOB与NOB的抑菌效应，并对其抑制后的恢复情况进行了研究，最终认为缺氧FNA对AOB与NOB选择性抑菌效应有望为城市污水短程硝化的实现提供新思路;最后研究了亚硝酸盐对缺氧反硝化过程中温室气体N2O排放的影响。　　首先基于间歇曝气和实时控制策略的联合应用，构建了一段式城市污水短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮工艺。缺氧好氧交替使得系统中NOB得到了有效控制;同时实现了AOB和Anammox菌的有效持留。同时发现AOB主要存在于絮体污泥中，而Anammox菌则主要存在于颗粒污泥中。在19-23℃的条件下，当进水COD和TN分别为78.9-116.0 mg/L和57.9-71.6 mg/L时，出水TN为2.2-10.3 mg/L。　　接着研究了溶解氧(DO)浓度对好氧缺氧交替运行的反应器短程硝化启动的影响。试验结果表明低氧缺氧交替条件下，并未实现亚硝酸盐的积累，同时硝化菌群结构也没有明显变化。研究发现上述系统中培养的AOB的活性随着DO浓度的增加而增加;而NOB则不同，当DO＜0.5mg/L时，NOB活性随着随着DO浓度的增加而增加，当DO＞1.0mg/L时，NOB活性随着DO浓度的增加而降低。基于上述现象将SBR反应器改为高氧缺氧交替运行，结果发现AOB数量不断增加，而NOB数量却基本不变，从而实现了硝化过程亚硝酸盐积累，成功启动了城市污水短程硝化。　　研究了缺氧条件下FNA对AOB和NOB活性的影响，结果发现FNA(0.27mg HNO2-N/L)可以对AOB和NOB产生抑菌效应，且对NOB的抑制作用大于AOB。缺氧条件下FNA处理后的活性污泥，即使在每个周期都过曝气2h的条件下，运行34个周期后，活性污泥NOB活性仍未得到恢复，且NO2--N积累率可达90％以上，因此缺氧FNA有望为突破城市污水难以实现稳定短程硝化的瓶颈问题。　　最后又研究了NO2--N浓度对外源反硝化过程中N2O产生的影响，结果发现随着NO2--N浓度的增加，反硝化过程中N2O的积累量不断增加，当NO2--N初始浓度为35.23 mg/L时，NO2--N还原量的46.26％被转化为N2O。高NO2--N浓度导致反硝化过程N2O产生与积累原因有两方面:一方面来自于NO2--N对N2O还原酶活性的抑制，另一方面来自于N2O还原酶与NO2--N还原酶对电子的竞争。基于上述研究结果提出城市污水厂N2O释放控制方法:(1)可通过调控运行条件控制NO2--N浓度来控制反硝化过程N2O的产生与释放;(2)也可以通过提高反硝化区的NO2--N浓度，提高N2O的积累量，而后通过收集N2O氧化甲烷提高产能，同时达到控制N2O释放的目的。