针对我国城市污水低碳源低氨氮的水质特征，提出了基于颗粒污泥为特征的亚硝化—厌氧氨氧化生物脱氮工艺。论文重点研究了低碳源低氨氮污水的生物脱氮途径及机理，研究各影响因素对亚硝酸型硝化、厌氧氨氧化过程的影响，在此基础上提出了基于颗粒污泥的亚硝酸型硝化—厌氧氨氧化生物脱氮途径，并在充分理解微生物代谢途径及其机制、控制因素的基础上，将代谢途径与工艺过程以数学模型方式联系起来，预测生物脱氮过程及其趋势，有效缩短了试验周期，为新技术的应用创造条件，具有重要的理论意义与示范价值。 论文提出并研究了基于颗粒污泥的亚硝酸型硝化-厌氧氨氧化耦合生物脱氮工艺处理低浓度氨氮污水，其特征在于针对我国现有城市污水低碳源、低氨氮的水质特点。重点研究常温条件下进行亚硝化、厌氧氨氧化的可行性，填补了该工艺在低碳源条件下低浓度氨氮污水处理方面的研究空白。 本研究利用好氧氨氧化菌能与厌氧氨氧化菌在反应器中在反应中能稳定共存的特征，采用好氧硝化污泥和厌氧污泥混合培养法经过五个月的培养，成功地实现了厌氧氨氧化反应器启动丰富了厌氧氨氧化菌的混培理论与实践。论文重点研究了低浓度氨氮污水亚硝化、厌氧氨氧化的影响因素。在亚硝化影响因素研究的基础上提出了控制溶解氧是实现常温亚硝化的主要及现实因素；在低浓度氨氮条件下厌氧氨氧化影响因素研究的基础上揭示了反应环境控制的关键因素。由于系统长期处于低氧条件，具备颗粒污泥形成的条件，因而提高了反应器的效能，从微观角度分析，污泥形成了好氧区和厌氧区，颗粒活性污泥的表层主要以氨氧化菌和异养氧化菌为主；颗粒活性污泥的里层主要以ANAMMOX菌为主，可将氨氮及表层反应的产物NO<,2><->-N同时转化为N<,2>和少量的NO<,3><->，进而实现氮的去除，为此提出了基于颗粒污泥为基础的亚硝化一厌氧氨氧化耦合生物脱氮模式。在充分理解微生物代谢途径及其机制、控制因素的基础上，采用CANON工艺扩展模型(CANON+ASM3)借助AQUASIM模拟软件，预测COD负荷、温度及溶解氧等敏感因素对基于颗粒污泥的亚硝化—厌氧氨氧化耦合工艺处理城市污水的影响，为低浓度氨氮城市污水生物脱氮工艺控制及工程设计提供了有效的技术支撑，据此设计的工业装置初步运行结果表明该工艺技术可行。初步工程实践表明，基于颗粒污泥的亚硝化—厌氧氨氧化生物脱氮途径对于处理低浓度氨氮废水具有可行性。采用基于颗粒污泥的亚硝化—厌氧氨氧化耦合生物脱氮工艺处理低氨氮、低碳源城市污水，不仅可有效去除污水中的氮素污染物，而且可有效减少氧的消耗30％以上；污泥产量仅为传统生物脱氮工艺的10％，因而具有很好的环境效益、社会效益、经济效益。