生物脱氮除磷工艺是消除水体富营养化的有效方法，广泛应用于城市污水处理系统中。然而由于丝状菌过量繁殖所引起的膨胀问题已经成为影响生物脱氮除磷工艺正常运行的一个较为普遍的问题。因此，开展典型污水处理系统生物脱氮除磷工艺污泥膨胀的微生物生态机制与调控研究对于提高污水处理运行管理水平，减少污染物排放有着十分重要的现实意义。　　本研究以常年发生污泥膨胀问题的典型生物脱氮除磷A2/O工艺和倒置A2/O工艺为研究对象，对导致污泥膨胀的优势丝状菌演替规律及其对整体微生物群落结构、特别是若干重要功能种群的影响进行了长达四年的跟踪调查。在此基础上探讨了针对上述两个工艺的污泥膨胀控制方法，并在实际水厂进行了验证实验。取得了如下主要研究成果:　　研究发现，上述两个工艺在四年时间里一直伴随着周期性的污泥膨胀，污泥体积指数(SVI)与水温有很好的相关性。当水温低于20℃时，SVI开始上升污泥膨胀开始发生。在水温低于15℃时，出现较为严重的污泥膨胀。污泥膨胀对化学需氧量(COD)、磷的去除效果并没有明显的影响，但出水中NH4+-N和NO2-N的浓度则出现了明显的积累。　　显微镜镜检的结果表明，在非膨胀期丝状菌的主要类型为Type0092和Type0041;随着SVI的升高，丝状菌的丰度从1级(few)上升到5级(abundant)，Candidatus Microthrix parvicella是优势的丝状菌。　　通过利用细菌16s rRNA克隆文库的方法对膨胀周期的种群结构的分析结果表明，丝状菌“Candidatus Microthrix parvicella”的大量繁殖导致污泥中的优势种群从变形菌门转变为了放线菌门。硝化功能菌AOB(Nitrosomonas)和NOB(Nitrospira)的丰度显著下降，这是污泥膨胀出水中出现NH4+-N和NO2-N积累的主要原因。在污泥膨胀的过程中，A2/O工艺和倒置A2/O工艺非膨胀期的主要聚磷菌“Candidatus Accumulibacter phosphatis”的丰度也出现了显著的下降。定量PCR的结果表明其比例（与细菌16s rRNA基因拷贝数之比）从非膨胀期的8.2％和12.3％下降到了严重膨胀期的0.8％和0.7％。然而除磷的效果并未受到影响，奈瑟氏染色结果表明Candidatus Microthrix parvicella中含有大量的聚磷颗粒，表明该菌在污泥膨胀期扮演了聚磷菌的作用。这是第一次在实际污水厂中发现Candidatus Microthrix parvicella的聚磷功能。　　针对倒置A2/O工艺，提出了取消厌氧区，改为A/O工艺运行的污泥膨胀控制措施;针对A2/O工艺，提出了控制污泥负荷在0.1 kg BOD5/kg MLSS/d以上运行的控制措施，并分别在实际水厂进行了验证。结果表明，经过调控后两个工艺的SVI值均可保持在100 mL/g以下。Candidatus Microthrix parvicella的过量繁殖得到了有效的抑制，优势丝状菌转变为Type0041，丝状菌的丰度控制在3级以下，同时重要功能细菌的丰度有了大幅提升。