城市污水处理过程产生温室气体问题已引起人们的关注。本论文将污水处理厂现场调查与实验室模拟实验相结合，以明确城市污水处理厂温室气体产生和逸散特征，探讨污水处理过程中温室气体产生的主要影响因素，为污水处理厂温室气体减排提供基础数据和理论支持。　　 选择北京城市污水处理厂的Orbal氧化沟、缺氧/厌氧/好氧（倒置A2O）和厌氧/缺氧/好氧(A2O)3种典型污水处理工艺进行了为期9个月的综合调查研究，以了解和比较不同工艺温室气体产生与逸散特征。结果表明:①CO2主要在好氧处理单元产生并逸散，工艺类型对CO2产生量的影响不大，受污泥龄（SRT）的影响较大，SRT越长，去除单位质量COD产生的CO2量越大;②CH4的最大逸散量出现在好氧单元，然而研究发现，除倒置A2O的厌氧单元产生少量的CH4外，其它2个工艺几乎不产生CH4，工艺中各单元逸散出的CH4主要来自于污水处理厂进水中溶解态CH4，而机械或鼓风曝气促进了CH4的逸散;③N2O主要产生于好氧处理单元，这与传统的观点不一致，此外，以溶解态形式随出水排出污水处理厂的N2O量大于污水处理工艺各单元逸散的N2O量之和。根据调查结果，Orbal氧化沟、倒置A2O和A2O工艺的CO2释放因子（包括各单元逸散的量和随出水排出的量）分别为261.3 g CO2/kg COD去除、227.3 g CO2/kg COD去除和319.3 g CO2/kg COD去除（89.7 g CO2/m3污水、87.0 g CO2/m3污水和155.7 g CO2/m3污水）;CH4的排放因子分别为1.21 g CH4/m3污水、0.72 g CH4/m3污水和0.40 g CH4/m3污水;N2O的排放因子分别为3.6 g N2O/kg TN去除、2.3 g N2O/kg TN去除和0.8 g N2O/kg TN去除(206.1 mgN2O/m3污水、73.5 mg N2O/m3污水和60.8 mg N2O/m3污水)。　　 为了考察污水处理过程N2O产生的主要影响因素，采用实验室模拟装置开展了A2O工艺产生N2O特征研究，结果表明，A2O工艺进水COD/TN和各单元DO浓度对N2O的产生有重要的影响。提高A2O工艺好氧单元DO浓度会使系统中氨化细菌(AOB)和亚硝化细菌(NOB)含量上升，亚硝酸盐还原酶(nirS)和氧化亚氮还原酶(nosZ)含量下降，导致系统反硝化效果下降。在碳源不足时，N2O主要作为反硝化过程的中间产物产生;进水COD/TN的升高，会使系统中AOB和NOB含量下降，nirS和nosZ含量上升，增强系统反硝化效果，显著降低N2O产生量。　　 为了探讨好氧单元大量产生N2O的原因，采用好氧生物反应器试验装置对好氧条件下N2O产生途径进行了研究。根据自然界中氮循环原理，分别以硝化过程中不同中间产物NH4+-N、NH2OH、NO2--N为底物开展模拟实验。结果表明，N2O的产生量与NO2--N浓度变化密切相关，由此可确定好氧反应器中的N2O主要通过反硝化途径产生。随后进行了污泥絮体FISH图像层切扫描实验以及DO和N2O微电极污泥絮体穿刺实验，结果显示，在好氧生物反应器内，大粒径(＞200 um)污泥絮体内部存在缺氧微环境，并分布有反硝化细菌，而AOB和NOB在絮体内外都有分布。这种DO和微生物种群分布特点导致了污泥絮体内部反硝化作用的发生，并有N2O产生和累积。污水中的有机物会使絮体外部的好氧微生物耗氧量增加，增大O2的传质阻力，加剧絮体内部缺氧区的形成，导致N2O产生量增大。