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集污染物削减与能源同步回收的绿色、低碳新技术开发与应用已成为城市污水处理发展的新趋势。厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane bioreactor,AnMBR）和厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation,Anammox）是在此背景下发展起来的两项新技术。AnMBR将厌氧处理与膜分离相结合,提高了反应器内污泥浓度和生物量,大幅提升了厌氧发酵效率和CH4产量。Anammox是在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌（anammox）利用NO2-作为电子供体将NH4+氧化为氮气的生物反应过程,由于不需要有机物和氧气参加,该过程比传统的硝化-反硝化过程更低碳节能。在城市污水处理中,AnMBR高效的COD去除率,与Anammox自养脱氮之间有很好的互补性,因此,本研究提出将两者进行耦合,以达到能源回收与自养脱氮的目的。本研究分别启动了AnMBR和亚硝化-厌氧氨氧化反应器（Partial Nitrification/Anammox,PN/A）,两者达到稳态后耦合为“AnMBR-PN/A”工艺,实现前段有机质甲烷化、后段自养脱氮的污水处理目的。考察了AnMBR-PN/A耦合工艺在不同水力停留时间（HRT）下对COD和TN的去除效能,解析了C、N在耦合系统中的转移转化过程,分析了工艺各段出水的有机物特征变化;研究了耦合工艺中的各反应器内的污泥特性,并基于Illumina-Miseq高通量测序技术分析了不同反应器内的功能微生物演替过程及作用机制。主要的工作和结论如下:（1）成功实现了AnMBR-PN/A耦合系统的快速启动及稳定运行。AnMBR启动6 d后有机物去除达到稳定,28 d后产甲烷效率达到稳定0.113 L/L-反应器/d;PN/A启动51 d后总氮（TN）去除率达70%以上,成功实现了分段快速启动。耦合后,AnMBR-PN/A工艺在HRT=7.8 h（AnMBR有机负荷OLR=2.4 g-COD/L/d,PN/A氮负荷NLR=1.54 g-N/L/d）下,COD和TN去除率分别达到97%、72.9%,平均出水COD、TN浓度约为17.0、13.4 mg/L,其中AnMBR段甲烷产率为0.33L-CH4/g-CODremoved,能源回收率达84.6%。（2）AnMBR贡献了超过96%的COD去除率,其中超过85%的COD最终以CH4气体的形式被回收,出水COD保持在30 mg/L以下。在此过程中,甲烷化以乙酸路径为主,其产甲烷潜能在HRTAn MBR=7.2 h时达到0.454 g-COD/g-MLVSS/d;H2/CO2产甲烷路径在HRTAn MBR=7.2 h时较低,随着HRT的缩短（有机负荷增大）其产甲烷潜能显著增加,但仍属于辅助路径。当HRTAnMBR由7.2 h缩短至5.0 h时,混合液中SMP和EPS含量增加,蛋白质/多糖比例降低,而膜污染层的蛋白质比例显著增加。HRT缩短,抽吸作用增强,混合液中的蛋白质和微生物等被吸附在膜表面形成致密的泥饼层。（3）在耦合系统中,PN/A完成了N形态的转化和TN的最终去除。PN-SBR段将53.5%的NH4+转化为NO2-,达到后续Anammox反应所需的最佳NO2-/NH4+比,此外,PN-SBR段少量生长的anammox菌活性贡献了一定的TN去除率。Anammox-UASB反应器对TN去除的贡献率约为87%,其中反应器底部污泥的贡献最大;进水中少量的COD促进了Anammox-UASB反应器中部分反硝化（NO3-→NO2-）过程的发生,实现了NO2-二次供给,强化了anammox活性以及TN去除;活性实验结果表明,anammox菌活性从反应器底部至上部逐渐减弱,范围在373.8-648.9 mg-N/g-MLVSS/d,反硝化菌活性显著低于anammox菌,但在反应器不同高度的活性基本相近,表明反硝化菌均匀分布于反应器不同高度。（4）微生物群落分析结果表明:Actinomycetales、Anaerolineales、Selenomonadales、Clostridiales等细菌是AnMBR反应器中有机物水解/酸化的主要参与者;Methanothrix（58.45%）和Methanolinea（29.99%）是主要的产甲烷古菌,占所有古菌的88%,并证实了AnMBR中产甲烷化过程以乙酸化过程为主。PN-SBR反应器中的优势菌Nitrosomonas是将NH4+氧化为NO2-的重要功能菌属,其丰度为7.45%;少量的anammox菌（Ca.Brocadia）和反硝化菌（Thriotix）验证了PN-SBR段出现一定TN去除的现象。Ca.Brocadia是Anammox-UASB反应器内主导微生物,其在底部丰度最高达到7.77%;此外,反应器内均匀分布着一定量的反硝化细菌Thermomonas和Dokdonella,其丰度在0.20±0.08%,这些细菌为anammox过程提供了额外的亚硝氮,实现了一定程度的部分反硝化-Anammox协同脱氮。