目前，我国污水处理领域迎来了一个技术革新及工艺提标改造的新发展阶段，但面临着低C/N污水生物脱氮除磷过程碳源紧缺的重大瓶颈。而改变剩余污泥产量大、处理处置技术水平低的现状，业已成为建设可持续发展污水处理厂新型战略要求。污泥内碳源强化脱氮除磷既能补充碳源需求，又能降低剩余污泥产量，近年来成为新的研究热点，而国内外现有研究着重于污泥碳源的开发而忽视其利用，使得这类技术在实际应用中可操作性不强，特别是对现有水厂的技术改造方面存在较大的技术障碍和经济阻力。基于此，本文提出污泥厌氧发酵耦合反硝化(Sludge Anaerobic Fermentation coupling with Denitrificaiton，SAFD)的技术方法，以期通过污泥发酵与反硝化的耦合，实现同一时间和同一空间内完成内碳源的开发与利用，从根本上解决上述问题。本文以污泥厌氧发酵耦合反硝化新方法为中心，展开了技术系统构建、特性揭示、机理和动力学探讨以及工艺应用相关的探索性研究。取得如下主要创新性结果。　　成功建立了4种剩余污泥厌氧发酵耦合反硝化系统，形成了“污泥解体-水解酸化-反硝化”新型高效生化反应链：①通过316天的培养和驯化，构建起间歇式硝氮型、间歇式亚硝型、连续流式硝氮型、及连续流式亚硝型等4种不同类别的剩余污泥厌氧发酵耦合反硝化系统。碳素存在形态及含量的动态平衡分析结果表明“水解酸化-反硝化”已完全替代“水解酸化-产甲烷”成为SAFD系统主要的生化反应链，且前者整体提升的生化反应效率，使SAFD系统同时具备短污泥龄(SRT)的处理能力及相对更强的抗负荷冲击能力。②优化运行的亚硝型SAFD系统在SRT为20d的条件下即可获得50％以上的VSS减量，表现出SAFD在污泥减量上的优势，硝氮和亚硝型SAFD系统中污泥内碳源反硝化利用率分别达到71.5％和73.6％；③通过蛋白质、多糖生成及K+释放情况分析，证明了亚硝型SFAD相对更强的污泥解体能力以及硝氮型SAFD中高的水解活性，提出大分子物质的水解过程为亚硝型SAFD系统“污泥解体-水解-酸化-反硝化”生化反应链的限速步骤，而污泥解体则为硝氮型SAFD系统的限速步骤。　　通过反硝化动力学特征揭示了水解酸化菌群与反硝化菌群之间的协同耦合。效应，建立起基于pH、ORP的SAFD过程控制策略。①发现混合电子受体型SAFD系统集合了亚硝和硝氮型SAFD的优势而成为最优的也是最与实际情况切合的SAFD系统，且系统中首先完成亚硝的反硝化，整个发酵期平均亚硝反硝化速率约为硝氮的13倍；亚硝型SAFD系统中最高比反硝化速率达到3.25g NO2-N/(gVSS·d)，意味着污泥水解酸化菌群与反硝化菌群在系统中完成了协同耦合；②通过掌握各单次反硝化过程pH和ORP的变化规律，明确ORP变化曲线上反硝化结束的指示点，以及量化系统发酵性能指示性参数，建立起基于pH和ORP的SAFD系统过程控制策略；③中低温SAFD系统表现出了相对均衡的污泥溶解和水解酸化能力，以及更高的反硝化碳源利用效率，其中35℃的中温系统具备最高的VSS减量及最高的反硝化脱氮性能。　　开发出基于游离氨抑制实现种群优化的高、低氨氮交替运行与控制方法，实现对不同氨氮浓度污水高效短程硝化处理；采用改进的响应面中心复合设计方法建立起磷酸铵镁沉淀回收SAFD发酵液中N、P元素的预测模型。①建立起依据进水氨氮浓度判断A/O系统中硝化菌群结构及活性表达的方法，提出利用游离氨对氨氧化菌和亚硝氧化菌抑制程度不同的特点，采取短期高频交替的运行方式同时完成高、低氨氮浓度废水的高氨氧化及短程硝化处理，并指出最佳高氨氮进水浓度值为360mgN/L；②采用响应面中心复合设计试验方法分别建立起以[OH-]/N、Mg/N以及P/N为控制参数的，适合于各类厌/缺发酵液N、P回收的，高显著性、强相关性以及良好预测能力的多元线性拟合MAP沉淀模型，并明确了最佳控制条件，通过参数优化实现对各类废水90％以上的NH3-N和P回收。　　开发“前置SAFD+A/O”组合工艺处理实际生活污水，实现高效脱氮的同时大幅降低系统剩余污泥产量；开发“MO+SAFD”工艺处理低C/N高氨氮浓度污水，实现污泥水解发酵、厌氧氨氧化和反硝化的三重耦合。①前置SAFD+A/O工艺处理C/N为1.89的实际生活污水，获得几乎100％的亚硝及硝氮稳定去除效果，且整个155d的运行期间没有任何形式的排泥，说明系统污泥减量明显；②采用A/O+SAFD工艺处理C/N为0.57的高氨氮浓度废水，在高HRT的条件下，厌氧氨氧化与反硝化作用分别完成SAFD系统中约50％的亚硝去除，实现了工艺系统中污泥水解发酵、厌氧氨氧化和反硝化三个生化过程的耦合，从而完成对碳源严重缺乏的高氨氮废水90％TN去除的同时完成2倍同等规模常规污水脱氮系统剩余污泥的处理。　　提出了温度波动下中温厌氧发酵回收剩余污泥碳源的新方法：通过可控型温度波动对中温厌氧发酵系统中产甲烷过程进行抑制，积累主要成分为乙酸、丙酸和丁酸等生物脱氮除磷优势碳源，从而达到剩余污泥内碳源资源化回收的目的。　　通过本文的研究，完成污水生物处理系统剩余污泥的原位减量，同时强化污水脱氮除磷，初步建立起一种低碳耗型污水污泥生物处理新方法。