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随着城镇污水处理率的提高，产生的大量剩余污泥(waste activated sludge，WAS)亟待妥善地处理与处置。厌氧消化处理具有多种优点，是目前最广泛采用的工艺。为了提高厌氧消化过程中的污泥减量效果，加快WAS水解过程，加强产酸和产气性能，改善消化后污泥脱水性，在调研国内外该领域研究现状及工程运行中出现的问题后，确定了主要研究内容为WAS在厌氧消化的不同环境因素下及低频超声预处理后的长期运行和在此过程中微生物种群变化，以期减小污泥体积和节约处理处置费用。 采用半连续搅拌反应器(semi-continuous stirred tank reactor,semi-CSTR)厌氧消化处理间歇式活性污泥(sequencing batch reactor,SBR)反应器产生的剩余污泥。研究了不同污泥停留时间（sludge retention time，SRT）(6.4d、8d、10.7d、16d和32d)、不同pH范围(4.0-10.0)及两种温度（35±1℃中温条件及20±2℃常温条件）厌氧消化过程的污泥减量、水解产酸及微生物种群结构等运行特性。同时，采用低频超声的预处理方法，在系统地研究了污泥粒径及污泥胞外聚合物和胞内物质的释放情况后，投加低频超声后的WAS进行中温厌氧消化及常温厌氧消化的稳定化处理。 主要研究成果如下: (1)首次探明了污泥中温厌氧消化和常温厌氧稳定化过程的宏蛋白质组学。 首先在中温和常温下分别启动厌氧消化工艺，运行125d后稳定，两套装置的污泥总固体物(total solid,TS)减量效果稳定。中温装置中的短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）浓度低，脱水性能稳定;常温装置在运行中污泥毛细脱水时间（capillary suction time，CST）逐步上升，脱水性能逐渐变差。在稳定运行的基础上，首次探明了污泥中温厌氧消化和常温厌氧处理稳定化过程中宏蛋白质组学和差异蛋白组成，结合微生物种群结构后获得了厌氧消化的部分功能蛋白质，初探多种功能蛋白质交互作用对污泥厌氧消化过程的影响。 (2)考察了厌氧消化液与生活污水混合处理的SBR运行方式及效果。 产生的厌氧消化液在以厌氧-好氧-缺氧的SBR(AOA-SBR)中进行处理，发现了厌氧消化液的添加有助于稳定污水短程硝化过程，证明了在厌氧阶段一次添加污泥厌氧消化液的方式处理效果最佳。揭示了不同投加方式下PO43--P为AOA-SBR不同进水方式处理生活污水与厌氧消化液联合废水的主要影响因素。 (3)研究了不同运行条件对厌氧消化的长期影响。 当SRT较短时，有利于产生SCFAs;综合考虑有机物质的分解率、消化后污泥的脱水性、消化后污泥的可生化性等因素，明确了剩余污泥厌氧处理稳定化SRT需不小于10.7d。 在pH为中性条件降低至酸性条件或升高至碱性条件的长期运行中，证明了在碱性条件下剩余污泥发酵过程中溶解性化学需氧量(solluable chemical oxigen demand，SCOD)和SCFAs释放比酸性条件多;得到的SCFAs中，越靠近中性pH，乙酸的比例越低;且酸性条件下的乙酸比例低于碱性条件;明确了污泥在酸性条件和碱性条件的中温厌氧处理时污泥脱水性能都比中性条件差，碱性条件恶化更明显。 (4)验证了低频超声是厌氧消化的有效预处理方法，证明了污泥超声后进行常温消化处理能够稳定运行及常温系统中存在大量产甲烷菌。 投加声能密度为0.5W/mL超声时间0-i00min的剩余污泥，中温厌氧消化在SRT分别为10d、20d和30d的长期运行过程。结果表明，超声0-100min对剩余污泥的总化学需氧量(total chemical oxigen demand，TCOD)、TS和挥发性固体(volatile solid，VS)无显著差异，对SCOD变化差异显著;低频超声加速了剩余污泥的水解过程，超声80min后细胞破碎减缓，剩余污泥释放溶解性蛋白质和溶解性碳水化合物的速度变慢;在超声过程中，污泥的脱水性急剧恶化。在中温厌氧消化不同SRT运行时，氢营养型和乙酸营养型的产甲烷菌交替成为系统主要的古菌;投加声能密度为0.5W/mL，超声时间不超过60min的剩余污泥，消化效果较好。 投加声能密度为0.5W/mL超声60min的污泥在SRT分别为10d、20d和30d常温消化系统中处理，发现SRT为30d时污泥减量效果和产气量均较好;随着SRT增大，揭示了常温消化处理超声污泥的系统从氢营养型向乙酸营养型转变;超声预处理过程对常温消化反应器中古菌多样性的影响大于细菌多样性。