以活性污泥和生物膜为代表的污水生物处理以高效低耗的突出优点广泛应用于城市污水和工业废水处理。然而,产生大量剩余污泥以及高昂的污泥处理费用已成为污水生物处理技术最大弊端之一。因此,如何从根本上解决剩余污泥问题已成为当今环境工程界面临的挑战。在污水处理过程中减少剩余污泥排放,从源头上降低剩余污泥产量的各种污泥减量技术已成为废水生物处理研究的热点和发展方向。具有代表性的好氧-沉淀-厌氧(OSA)工艺在传统活性污泥工艺污泥回流段增加污泥厌氧环节,不需要添加任何化学药剂和贵重设备,有利于降低运行和投资成本,符合可持续污水处理模式,具有良好的工业化应用前景。本论文系统研究了好氧-沉淀-厌氧工艺污水处理效能和污泥减量效果以及影响因素,探索了工艺污泥减量机制,首次利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术和荧光原位(FISH)技术分析了OSA工艺微生物种群特征、多样性以及运行条件变化对优势种群更替的影响。开发了具有内源反硝化除磷功能的污泥减量新工艺,探讨了内源反硝化除磷污泥减量新工艺污水处理效能和污泥减量效果以及相关的影响因子,着重对工艺反硝化除磷效能和特征进行了分析和研究,并利用DGGE和FISH技术从微生物生态学角度探讨了微生物种群特征与工艺处理效能间的关系。以传统活性污泥(CAS)工艺为参照,在分析探讨厌氧-沉淀-好氧(OSA)工艺污泥减量和污水处理效能以及相关影响因子的基础上,着重研究了OSA工艺污泥减量的内在控制机制。研究结果表明,由于微生物维持代谢和内源代谢增加引起的污泥衰减和慢速生长微生物是OSA工艺污泥减量的主要原因,其中大约2/3的污泥减量是由污泥衰减引起的,慢速生长微生物对OSA工艺污泥减量的贡献为23%左右;10%左右污泥减量是由能量解偶联机制引起的。利用DGGE和FISH技术对OSA工艺微生物种群多样性和群落特征进行研究分析,得到OSA工艺微生物种群多样性比CAS工艺更加丰富,增加有机负荷和废水水质复杂化都会使微生物种群多样性增加,但优势微生物群落基本不受影响,OSA工艺微生物群落结构相对稳定的这一特点决定了OSA工艺具有良好稳定的运行效能。从DGGE优势条带中分离到的11个优势菌与GenBank中已有微生种属比对发现,其中7个优势菌与GenBank统计的在反硝化污泥、EBPR污泥中出现的种属相似性非常高,表明OSA工艺中插入污泥厌氧池为内源反硝化菌和生物聚磷菌创造有利的生长条件。系统进化树分析结果表明,β-proteobacteria种属的微生物是OSA污泥系统的主要种群。开发了内源反硝化除磷污泥减量工艺,在好氧池有机负荷Ns约为0.87 kgCOD/kgMLSS·d,系统污泥回流比为25%,反硝化污泥回流比为35%的条件下稳定运行,污泥产量为4.78g/d,污泥产率为0.30gMLSS/gCOD,COD平均去除率为90%,NH4+-N、TN的去除率分别稳定在86%和84%左右,TP去除率达到80%左右。内源反硝化除磷工艺中缺氧反硝化聚污泥约占总聚磷污泥的35%~44%。提高SRT,可提高生物吸磷效率,增加污泥中磷含量,这一定程度上缓解了剩余污泥排放量和TP去除率之间的矛盾。利用DGGE技术,对代表性优势条带测序相似性比对,并构建系统进化树,分析内源反硝化除磷工艺微生物群落特征。内源反硝化除磷工艺中的微生物主要由α-proteobacteria、β-proteobacteria、γ-proteobacteria、CFB-group bacteria、low G+C gram-positive bacteria五大菌群构成,其中β-proteobacteria种属的微生物在整个工艺微生物菌群数量中占绝对优势,达到48%左右。以DAPI为背景,用PAOmix探针FISH杂交证实了聚磷菌在内源反硝化除磷工艺缺氧污泥和厌氧污泥中都占有优势,分别占微生物总量的40%和33%左右。