短程硝化/厌氧氨氧化（PN/A）是一种极具发展潜力的新型污水生物脱氮技术,其用于城市污水脱氮可削减污水处理厂100%的反硝化碳源和55%的曝气能耗,经济和环境效益良好,受到广泛关注。根据短程硝化和厌氧氨氧化是否在同一反应器中发生,PN/A工艺分为一段式和两段式两种。在高氨氮废水领域,一段式PN/A工艺因工艺简单、运行方便应用更为广泛。目前城市污水PN/A工艺仍处于研究阶段且也以一段式为主。试验发现,在低温低氨氮的水质条件下,城市污水一段式PN/A工艺运行稳定性差,易发生破坏,出水水质难以达标。因此城市污水PN/A应用的工艺形式有待进一步探讨。针对该问题,本研究分别采用一段式和两段式PN/A工艺处理城市污水,探究工艺脱氮性能、稳定性和微生物学机理,以期为城市污水PN/A工程应用的工艺选择和优化提供技术参考与指导。本文研究了低出水氨氮浓度下城市污水一段式PN/A工艺的脱氮性能及稳定性。以预去除有机物的城市污水为进水,在序批式反应器中启动一段式PN/A工艺,控制其他运行参数不变,延长曝气时间,逐渐将出水氨氮由8～12 mg/L降至2～5 mg/L。结果表明,PN/A系统在出水氨氮＞5 mg/L时相对稳定,反应器内厌氧氨氧化活性较高,亚硝酸盐氧化菌（Nitrite-oxidizing bacteria,NOB）活性得到有效抑制;但当出水氨氮浓度进一步降低时,反应器内厌氧氨氧化表观活性基本消失,NOB活性显著提高,硝酸盐产率增至87±6%,主要氮转化途径由短程硝化/厌氧氨氧化脱氮变为完全硝化。因此,出水氨氮浓度是影响城市污水一段式PN/A工艺稳定性的关键因素。此外,通过考察反应器内氮转化功能微生物活性的变化及微生物菌群演替规律,探讨了低出水氨氮对PN/A稳定性的影响机理。结果表明,厌氧氨氧化菌的底物（NO2-）竞争性抑制是控制NOB活性的关键。在低氨氮条件下,厌氧氨氧化菌在与氨氧化微生物（AOMs）竞争底物氨氮时处于劣势,原因包括:（1）厌氧氨氧化菌主要生长在颗粒污泥内部,而AOMs主要存在于颗粒外层,AOMs更易获得底物;（2）低氨氮浓度下,反应器内优势AOMs由传统的氨氧化菌AOB变为具有高氨氮亲和力的全程硝化菌（comammox）。因此,低氨氮浓度下反应器内厌氧氨氧化表观活性显著下降,进而造成NOB活性上升,系统脱氮性能恶化。本文提出了一种新的城市污水半短程硝化启动和维持的方法,并在此基础上探究了两段式PN/A工艺实现城市污水高效脱氮的可行性。以基本淘洗掉硝化功能的生物除磷污泥为接种污泥,通过延长曝气时间重新富集硝化能力,并控制极短污泥龄（2天）,可在12天内快速启动半短程硝化反应,并在随后的长期运行过程中稳定维持,亚硝酸盐积累率NAR高达84.8±6.3%。该启动方法无需控制低溶解氧浓度,硝化速率较高,并且同步实现了磷的高效去除,平均磷酸盐去除率高达91%。城市污水两段式厌氧氨氧化工艺脱氮性能良好。运行过程中半短程硝化反应器短程效果稳定,NAR维持在82～98%,平均出水氨氮和亚硝浓度分别为15.2 mg/L和13.2 mg/L,比例接近1:1。随后污水经厌氧氨氧化反应器处理后,最终氨氮去除率达到92%,TN去除率达到86%,平均出水氨氮和TN浓度分别为2.3 mg/L和5.7 mg/L,达到城镇污水处理厂一级A排放标准。综上,一段式PN/A工艺在处理低氨氮城市污水时稳定性较差,实现城市污水高效脱氮仍存在一定困难,在低出水氨氮浓度下的稳定运行策略有待进一步研究;而两段式PN/A工艺在处理城市污水时则表现出了良好的脱氮性能及稳定性。以上研究结果可为城市污水厌氧氨氧化工程应用时的工艺选择和优化提供技术参考和指导。