日益加剧的水体富营养化问题使得氮素污染的控制与治理成为污水处理技术研究的重点。传统生物法脱氮除磷工艺在污水脱氮除磷方面起到了一定的作用，但仍存在着污水碳源不足，脱氮除磷污泥龄选择矛盾，曝气环节能源消耗量大，污水处理厂运行费用高及自动化控制水平低等问题。随着生物技术的快速发展，新的微生物脱氮现象与新型脱氮微生物不断被发现，其中厌氧氨氧化的发现使研发低能耗、可持续的污水处理技术成为可能，与传统脱氮工艺相比厌氧氨氧化工艺可节约60％的曝气量与100％的碳源，同时由于厌氧氨氧化过程无需有机物进行反硝化作用，污水中的有机物成为一种资源，可通过污泥吸附作用实现生活污水中能源物质的回收。目前厌氧氨氧化工艺在高氨氮废水处理中得到了广泛的应用，但由于生活污水具有水量大，污染物浓度低，污水水质、水量波动性强等特点，生活污水处理过程中厌氧氨氧化工艺的应用较少。本研究拟将自动控制、微生物菌群调控与工艺运行优化有机结合，开发多套适用于生活污水处理的厌氧氨氧化组合工艺。　　本文首先研究了厌氧氨氧化前的有机物去除过程。发现在SBR反应器内不同曝气量与污泥浓度条件下，先进行有机物的去除，后进行硝化作用，DO曲线突跃点与除有机物过程的终点、氨氧化过程的起点保持一致，可作为曝气过程的实时控制参数，但需维持系统较高的曝气量，防止污泥膨胀的发生。对除有机物SBR反应器曝气时间及污泥龄进行优化，发现当曝气时间为20 min，污泥龄为2天时，厌氧段COD去除率占总COD去除率的93.8％，系统对有机物的去除主要为生物吸附作用，污泥碳含量较高达到48％，同时污泥沉降性能良好，并具有一定的除磷能力，是除有机物系统的最佳曝气时间与污泥龄。通过考察剩余污泥碱性发酵产酸量，证实了除有机物反应器具有有机物回收能力，且反应器剩余污泥具有较高的发酵产酸产甲烷潜力。提出了生活污水的能源（有机物）与资源（磷）的回收建议。半短程硝化无法稳定实现是制约厌氧氨氧化在低浓度废水中应用的核心问题，因此本文探索了适用于生活污水处理的半短程硝化控制方法。发现半短程硝化SBR反应器单周期内硝化过程中氨氮的氧化速率与亚硝态氮的生成速率是恒定值，同时pH值曲线的拐点可指示氨氧化过程的起点，提出半短程硝化SBR反应器曝气时间计算公式tSN=tCOD+0.56αnS0/S0-Sn，并通过连续20组水质波动试验对公式的准确性与可行性进行了验证，最终建立以pH值曲线与定点氨氮数值为控制参数的SBR法半短程硝化过程控制策略。此外，本文提出通过并联除有机物与短程硝化反应器获得半短程硝化出水的过程控制方法，发现以恒定比例配置除有机物SBR反应器与短程硝化SBR反应器出水（体积比为1∶3.2）可为厌氧氨氧化反应器提供稳定的进水保障。通过FISH技术对半短程硝化反应器与短程硝化反应器硝化细菌群落结构演替进行监测，发现半短程硝化与短程硝化反应器均可实现氨氧化菌的富集，亚硝态氮氧化菌的淘洗。　　本文对厌氧氨氧化反应器处理低浓度废水特性进行研究，在常温培养条件下，60天实现了处理低浓度废水厌氧氨氧化膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器的快速启动，成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥，启动过程中厌氧氨氧化菌的倍增时间仅为12.66天。在将反应器温度逐步降低至18℃后，反应器总氮去除负荷并未降低，仍达到4.37 kg-N/m3/d，可耐受50％的水量负荷冲击。通过定量PCR技术检测厌氧氨氧化菌的数量，发现低温条件下EGSB反应器内厌氧氨氧化菌的平均浓度约为常温条件下的两倍，高达2.80×109基因拷贝数/ml混合液。对厌氧氨氧化颗粒污泥粒径进行测定，发现厌氧氨氧化颗粒污泥粒径在培养过程中持续增长，系统运行至260天时，反应器中部与顶部大部分污泥粒径处于0.5-1.5 mm之间，颗粒污泥的沉速高达33-81 m/h。对反应器底部粒径为3-5 mm的厌氧氨氧化颗粒污泥进行切片观察，发现厌氧氨氧化活性部位位于颗粒污泥表面0-1 mm，但大颗粒污泥内部存在空囊，为防止颗粒污泥上浮的发生，应将反应器内颗粒污泥粒径控制在2 mm以下。在常温与低温培养的厌氧氨氧化颗粒污泥样品中，检测的20个克隆子均与Candidatus Brocadia fulgida菌株相似（相似度为98-99％），分析认为，常温低基质浓度及较高的上升流速是厌氧氨氧化菌株Candidatus Brocadiafulgida富集的主要原因。最后，本文提出半短程硝化/厌氧氨氧化，并联除有机物与短程硝化/厌氧氨氧化，除有机物/一体式厌氧氨氧化3套生活污水厌氧氨氧化组合处理工艺，并对三套工艺的总氮去除率，系统能源回收能力，过程控制方法，工艺运行稳定性及运行成本等内容进行对比分析，以期为厌氧氨氧化工艺在生活污水中的推广及应用提供理论与技术支撑。