我国已建和在建的污水处理厂中95％以上都采用活性污泥法，良好的泥水分离效果是活性污泥法高效稳定运行的关键。然而，污泥膨胀问题的发生严重影响了污水处理厂二沉池的泥水分离效果以及整个污水处理厂的稳定运行。尽管国内外已有大量的研究，但由于污泥膨胀问题引发因素众多、影响机理错综复杂，该问题至今未能得到有效解决。　　针对目前污水处理厂污泥膨胀问题多发、影响因素不清楚等问题，以连续流厌氧/缺氧/好氧系统和序批式系统为研究对象，以实际污水与合成污水作为进水，采用常规水质监测、活性污泥性能分析、微生物种群分析和菌种鉴定等技术手段，对一些新的因素或以往研究较少的因素和污泥沉降性能之间的影响关系进行了深入的考察;同时针对目前缺乏高效快速解决污泥膨胀问题方法的状况，发明了“利用饥饿处理解决丝状菌污泥膨胀问题”的新方法，并首次在同步脱氮除磷系统中启动和实现了“污泥微膨胀”。本文主要创新性成果如下，其对于污泥膨胀理论体系的丰富和完善有重要意义，为污泥膨胀问题的高效快速解决提供了新思路。　　从微生物种群结构变化的微观层面揭示了不同pH对污泥沉降性能的长期影响关系。研究发现低pH条件会减少胞外聚合物(EPS)的分泌，削弱菌胶团的絮凝能力，不利于污泥沉降性能的稳定维持，低pH条件还会助长真菌的增殖，当系统遭遇低底物浓度梯度的不利条件时容易发生严重的丝状真菌膨胀;高pH条件容易造成金属离子沉淀，使得污泥比重增加，不易发生膨胀问题;低pH和高pH条件都会削弱菌胶团菌的底物贮存能力，抑制菌胶团菌的活性，导致系统的硝化性能和除磷性能恶化。　　通过往连续流系统缺氧段和好氧段投加亚硝酸盐和硝酸盐的方式，系统地考察了亚硝酸盐和硝酸盐对污泥沉降性能的影响。证实亚硝酸盐存在于缺氧条件下时能够导致丝状菌的过量增殖，引发严重的污泥膨胀问题，缺氧条件下亚硝酸盐浓度越高，污泥沉降性能越差。硝酸盐无论存在于缺氧条件或好氧条件，只要缺氧条件下不出现亚硝酸盐积累则不会引发污泥膨胀问题。硝酸盐和亚硝酸盐的存在对系统有机物去除效果影响小，对系统除磷效果影响都很大。好氧条件下硝酸盐对硝化效果影响很小，亚硝酸盐的存在则会导致硝化性能恶化。亚硝酸盐容易促进M.Parvicella的增殖;氮氧化物浓度的增高会刺激Type0041的生长。　　通过选用不同有机物作碳源，考察了进水碳源类型对污泥沉降性能长期影响。结果证实在脉冲式进水、缺/好氧的运行条件下，不同碳源对污泥沉降性能的影响几乎无差异;完全混合式进水、全程好氧的运行条件下，以乙酸钠为碳源时最容易发生污泥膨胀，以甲醇为碳源时污泥沉降性能始终良好;以淀粉为碳源时系统会滋生较多的丝状菌，但污泥沉降性能不会严重恶化。碳源类型对系统中丝状菌的种类具有选择作用，有机酸和葡萄糖作碳源时系统内多滋生Thiothrix和S.natans，发生污泥膨胀的风险大;甲醇作碳源时多滋生Type0092，不易发生污泥膨胀的问题。　　通过限制进水氮、磷的方式考察了氮磷元素缺失对污泥沉降性能的影响。进水磷缺乏会导致活性污泥中聚磷菌流失，限制菌胶团菌对碳源的贮存和利用，导致EPS中蛋白质的含量大量减少，引发污泥膨胀的发生;进水氮缺乏对聚磷菌生长及菌胶团菌贮存利用碳源影响较小，能刺激菌胶团菌分泌大量的蛋白质，从而维持良好的污泥沉降性能;短期内进水氮磷同时缺乏会导致污泥沉降性能的恶化，但经长期驯化后微生物种群结构会发生较大变化，丝状菌不会大量增殖，系统内会滋生大量球状菌胶团菌，从而维持较好的污泥沉降性能。　　采用不同粒径的进水碳源考察了碳源分子大小对污泥沉降性能的影响。研究发现进水碳水化合物分子越小，活性污泥对环境的变化越敏感，当运行条件不利时越容易引发污泥膨胀问题;进水碳水化合物分子越大，吸附的大分子物质能够增加菌胶团的沉降速度，污泥的沉降性能越稳定。　　首次利用丝状菌和菌胶团菌贮存特性差异、抗饥饿能力差异，开发了饥饿处理快速解决丝状菌污泥膨胀问题的新方法。同等效率下，好氧饥饿处理法的作用时间长于厌氧饥饿处理法，且好氧饥饿处理法对菌胶团菌损耗较大，活性污泥菌胶团容易解体，综合各方面的因素考虑，厌氧饥饿处理法更优。厌氧饥饿处理法对于进水碳源以小分子易降解有机物为主的系统内污泥膨胀问题有很好的效果，能够在短期内使污泥沉降性能得到明显改善;饥饿处理结束后的恢复期采用短时进水、缺-好氧交替的运行模式，能有效地帮助菌胶团菌尽快恢复活性，并且预防污泥膨胀问题的再次发生。　　最后在同步脱氮除磷系统中首次建立和稳定维持了污泥微膨胀。发现同步脱氮除磷系统中富集的聚磷菌能够舒缓低溶解氧浓度对污泥沉降性能造成的不利影响，使得污泥微膨胀状态在同步脱氮除磷系统中更容易实现和维持。污泥微膨胀状态有利于大直径絮体的形成，低溶解氧的状态和大直径的污泥絮体能提高系统的同步硝化反硝化效果。进水的氨氮负荷对污泥沉降性能的影响可以忽略，高浓度的氨氮并不是导致污泥沉降性能恶化的根本原因。