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厌氧氨氧化技术被认为是目前最具应用前景的新型污水生物脱氮技术，然而，目前世界上仅有100多座实际工程，究其原因，主要是1）由于厌氧氨氧化菌的缓慢增殖速率导致工程启动需要较长时间，2）缺少有效过程控制，导致厌氧氨氧化工艺难以长期稳定运行。因此，开发高效的工艺控制模式、缩短工艺启动时间以及有针对性地破解困扰工艺稳定运行的难题等是实现厌氧氨氧化技术大规模工程应用的关键。 因此，本文以厌氧氨氧化技术的应用研究为核心，首先开发了基于“pH-NH4+-N”和“DO-NH4+-N”联合控制模式的一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化SBR脱氮工艺与系统（Combined partial nitritation-anammox process，简称CPNA系统），实现了CPNA工艺的快速启动和稳定运行。所开发的“pH-NH4+-N”和“DO-NH4+-N”联合控制模式分别对应间歇曝气和连续曝气两种运行方式，通过pH和DO在线电极可以严格控制系统的曝气速率以及系统内NO2--N浓度水平，而氨氮在线电极则可以控制曝气停止点，使CPNA系统不受进水氨氮负荷波动的影响，灵活控制反应时间，获得稳定的出水水质。以实际高氨氮污泥水启动CPNA系统后，运行30天即可达到0.60 kgN/m3.d的脱氮负荷，TN去除率在90％以上。同时，当进水氨氮浓度达到1750 mg/L时，系统仍然能够稳定运行。系统内的厌氧氨氧化菌经鉴定为Candidatus Brocadia fulgida。 其次，CPNA系统在长期运行过程中，亚硝酸盐氧化菌NOB数量会增加，活性会逐渐增大，导致系统出现NO3--N积累，NO3--N浓度最高可达548.4 mg/L，NO3--Nproduced/NH4+-Nconsumed比值最高为87.0％，进而恶化脱氮效能，TN去除率仅为16.8％，因此，针对硝酸盐积累导致的CPNA工艺脱氮性能恶化的问题，本研究首次开发了基于羟胺投加与污泥龄控制相结合的在线恢复技术与方法，并探讨了其微生物学机制。经过恢复之后，NO3--Nproduced/NH4+-Nconsumed比值降至15％左右，脱氮负荷从0.013kgN/m3.d恢复提高至最高的0.70kgN/m3.d。定量PCR结果发现，在CPNA工艺中出现NO3--N积累后，NOB数量逐渐增大，厌氧氨氧化菌数量会下降。经过在线恢复之后，厌氧氨氧化菌和AOB的丰度分别增大到47.4％和19.0％，而两种NOB丰度则被分别限制在2.0％和3.3％。 同时利用高通量测序技术，考察了CPNA工艺运行过程中脱氮性能恶化前后的微生物群落演变特征，结果表明，AOB、NOB以及厌氧氨氧化菌丰度变化趋势与定量PCR相一致。除此之外，对污泥颗粒化有促进作用的丝状菌Haliscomenobacter和Ignavibacterium的丰度得到增加。微生物群落结构的PCA分析表明，随着NO3--N积累程度的加剧，CPNA工艺的微生物群落结构发生明显变化。当采取羟胺投加与排泥相组合的在线恢复技术后，系统内微生物群落结构得到重建，NO3--N积累问题被成功解决。这些结果为今后进一步探究CPNA工艺的微生物学机制奠定了坚实基础。 基于上述研究成果，通过技术成果转化，所开发的CPNA工艺已成功应用于天津津南污水处理厂的污泥水旁路离线脱氮处理工程，并已完成了2000m3/d的工程设计。最后，选取经过二级生化处理的焦化废水和经过厌氧处理的淀粉废水为对象，探索CPNA工艺对其的生物脱氮效果。结果表明，将上述废水以较低比例稀释后作为进水，CPNA工艺可以表现出一定的处理效果，而当比例提高之后，则会对系统的稳定性以及厌氧氨氧化菌活性产生不利影响。