污水半短程硝化厌氧氨氧化是一种新型生物脱氮工艺，其在污水处理中的应用可大幅降低能耗，解决脱氮过程中有机碳源短缺等问题。但因城市污水半短程硝化难以稳定实现，从而无法为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐；同时厌氧氨氧化菌生长慢导致工艺启动慢等问题，而至今未被应用于城市污水处理。本项目研究了好氧曝气时间、初始pH、间歇曝气及微生物菌群结构等因素与亚硝酸盐积累率的关系；基于溶解氧浓度控制、水力停留时间控制，缺氧FNA预处理污泥和自动控制等方法，构建了SBR和连续流反应器启动与维持城市污水半短程硝化的策略。同时，研究了甜菜碱、进水有机物浓度及菌群结构与厌氧氨氧化系统脱氮性能的关系，进而通过提高剪切力构建了城市污水厌氧氨氧化快速启动与脱氮性能优化策略。在此基础上，分别构建城市污水一体化和多段式短程硝化+厌氧氨氧化脱氮系统，并对其对脱氮性能和稳定性进行研究，最终提出城市污水自养脱氮工艺稳定控制方法。同时研究短程硝化和厌氧氨氧化过程中N2O产生量的变化，及其影响因素与产生规律，建立城市污水自养脱氮系统N2O释放量控制方法,从而在实现自养脱氮的同时减少温室气体的排放。