氮磷元素超标排放是造成水体富营养化的主要因素，现阶段的污水处理已从除有机物为重点转变为脱氮除磷为重点。生物脱氮除磷需要有机碳源，而城市污水大多碳氮比较低，原水碳源的缺乏使脱氮除磷效果受限，进而影响出水水质。另一方面，污水厂的污泥产量大、处理处置水平较低且费用高昂，新型污泥处理工艺的开发是可持续发展的需要。利用污泥发酵工艺，开发污泥内碳源并使之用于生物脱氮除磷是近年来的研究热点。　　基于目前污泥内碳源开发利用工艺存在的问题，提出污泥发酵耦合反硝化工艺，将污泥内碳源的开发和利用耦合在同一个反应器中，使反硝化菌原位利用污泥水解酸化产生的有机酸等，从根本上解决原有工艺水解酸化速率低、工艺流程复杂、淘洗效率不高、无法完全控制产甲烷作用等问题。以污泥发酵耦合反硝化技术的机理和工艺研究为中心，以城市污水处理厂日常运行产生的初沉污泥为研究对象，开展了亚硝对污泥发酵内碳源促放机理研究;以低C/N城市生活污水为处理对象，以初沉污泥和剩余污泥为碳源，开发双污泥SBR(硝化SBR+污泥发酵耦合反硝化SBR)强化脱氮系统，并进行污泥发酵耦合反硝化系统总氮(TN)去除及反硝化特性的影响因素研究;提取不同种类的污泥发酵液，进行了污泥内碳源应用的拓展性研究。试验取得了如下结果。　　首次从气、液、固各个层面考察亚硝存在对污泥发酵特性的影响，并解释了电子受体对污泥发酵内碳源的促放机理。①向初沉污泥发酵系统中引入亚硝酸盐有效促进了溶解性COD的产率和污泥VSS减量。控制发酵时间为7d，亚硝投加剂量为0.2gN/gSS时，初沉污泥的COD产率达到1.02g/gVSS，VSS减量率高达63.4％;而空白对照组的COD产率仅为0.17g/gVSS，VSS减量率为4.9％。亚硝存在时，多糖和蛋白质的溶解性也显著提高，且它们的浓度在亚硝消耗完毕时达到峰值。②亚硝的存在明显抑制了发酵副产物氮、磷及CH4温室气体的释放，使得污泥发酵耦合反硝化技术相比于传统工艺具有显著的环境友好性。③机理研究发现，亚硝对初沉污泥的作用途径既不是通过碱性环境、也不是通过高FNA浓度发挥作用。分子量分布检验和死活细胞测试发现，以上影响可能主要是由亚硝酸盐自身或其反应中间产物直接促使了颗粒有机物或细胞解体，或反硝化消耗发酵产物从而对水解酸化形成“正反馈”造成的。　　应用污泥发酵耦合反硝化工艺，成功构建并稳定运行双污泥SBR城市污水强化脱氮系统。①在投泥充分的情况下，SBR2(污泥发酵耦合反硝化SBR)每周期的反硝化效率可以接近100％，且pH和ORP的值可以指示反硝化反应进程。②双污泥SBR城市污水强化脱氮系统适宜在较高的投泥频率下运行，控制合理NO--N负荷，系统TN去除率可以达到80％以上，出水TN可低于15 mg/L，满足城市污水一级A排放标准。③污泥发酵过程中释放的NH4+-N是阻碍系统TN去除率进一步提高的限制性因素。　　考察了MLSS水平、微氧策略以及不同投泥种类对污泥发酵耦合反硝化反应器TN去除及反硝化特性的影响，首次提出区分脱氮型剩余污泥及除磷型剩余污泥。①MLSS对系统的TN去除性能有显著的影响，过量投泥可保证反硝化作用进行完全，但会导致NH4+-N在反应器中的积累，从而降低系统的TN去除率。②为保证一定反硝化速率，一定的投泥量是必须的，在NH4+-N释放无法完全规避的情况下，可采用“微氧策略”对污泥发酵耦合反硝化系统进行优化控制，既能去除发酵副产物NH4+-N，又不会影响系统的反硝化效果，从而有效提高工艺TN去除率。③投泥种类对污泥发酵耦合反硝化系统的反硝化特性存在显著影响，系统在不同投泥种类下表现出相反的反应偏好。当投加初沉污泥或除磷型剩余污泥时，系统表现出明显的亚硝积累现象;当投加脱氮型剩余污泥时，无任何亚硝积累现象，亚硝还原速率远大于硝氮。　　创新性地以不同种类污泥发酵液为碳源，考察不同反硝化污泥在不同内碳源下的反硝化特性，并首次提出部分反硝化的快速启动方法。①反硝化污泥种类对亚硝积累现象起决定性作用，但内碳源种类也影响亚硝积累的程度。初沉污泥和除磷型剩余污泥表现出亚硝积累特性，而脱氮型剩余污泥很难观察到亚硝积累。碳源种类影响亚硝还原反应进程，亚硝酸盐还原菌对碳源质量高低更为敏感，缺乏优质碳源（初沉污泥发酵液为碳源）时各种反硝化污泥都呈现不同程度的亚硝积累。②以除磷型剩余污泥为反硝化种泥，以初沉污泥发酵液为碳源，能够成功快速启动部分反硝化。以污泥发酵液为碳源持续驯化，系统中亚硝酸盐还原菌逐渐弱化，亚硝积累率稳定在77.2％。部分反硝化污泥培养成熟后，切换简单碳源时仍能保持亚硝积累特性，用乙酸钠长期培养中保持了80％的亚硝积累率。③利用驯化成熟的部分反硝化污泥，构建一体化的厌氧氨氧化耦合部分反硝化系统是可行的。系统通过部分反硝化作用为厌氧氨氧化提供亚硝，而厌氧氨氧化反应再次产生硝氮参与部分反硝化，两种作用协同去除污水中的总氮。厌氧氨氧化菌在与反硝化菌争夺亚硝方面具有明显优势，约70％的亚硝经由厌氧氨氧化去除，通过反硝化去除的亚硝仅有30％。