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污水中蕴含着大量的宝贵资源,传统的活性污泥法对这些资源往往不加以回收利用,而且在处理过程中消耗大量的能源。为了解决当前污水处理中高能耗的问题,改变传统活性污泥法能源浪费的现状,从根本上实现能源自给自足,论文探讨了基于有机碳回收的新型污水资源化处理路线,提出利用高效接触氧化法工艺(HiCS)作为将污水中的碳源回收至剩余污泥中的关键处理工艺,接下来采用高效厌氧消化组合工艺对剩余污泥进行高效稳定的厌氧消化,从而将污水中的有机碳资源回收至污泥中,最终转化为可燃烧的甲烷。采用4组HiCS反应器去除和回收污水中的碳源。试验结果表明HiCS系统作为一种高负荷的活性污泥法处理污水具有高污泥产率和低底物氧化率的明显优势,短污泥龄条件下(SRT=1.1d和SRT=2d)对COD、N、P的去除率没有很大的差别。相比混合碳源进水,单一碳源进水条件下系统对SCOD去除率较高。HiCS系统在很短的时间内实现了对有机物的快速去除和回收。随着SRT的升高,进水碳源回收至污泥中的比例逐渐减少,氧化为CO2的比例越来越高。不同进水碳源和污泥龄条件下HiCS反应器对于COD的去除效果平均在80%以上,最高可达92%。对于污水中溶解性COD的回收主要通过贮存作用进行,对于颗粒COD的去除主要通过吸附作用进行。分别采用高效高温和高效中温两套厌氧消化组合工艺对剩余污泥进行了长期厌氧消化试验,结果显示:在稳定性方面,两套系统均满足稳定性要求。研究不同反应器的VS去除率、产甲烷量、SCOD浓度变化,分析两套组合工艺对厌氧处理效果的影响,并探讨高效厌氧消化工艺的机理,研究结果显示,高效高温系统总VS去除率为41.4%,高于高效中温系统的平均总去除率37.3%;总甲烷产量分别为为440.18mL/d和424.44mL/d。高效高温系统的SCOD浓度高于高效中温系统,但是大分子蛋白质物质的去除效果高效中温系统更好一些。高温条件促进大分子物质分解形成溶解性有机物是高效厌氧消化反应器有机物分解率高、产甲烷速率快的主要原因。两套组合系统均能达到能量平衡,但是高效高温组合系统较高效中温组合系统热量需求更大、能源回收量更小,综合考虑VS去除率、产甲烷量、系统稳定性及能源产量,高效中温系统略优于高效高温系统。从微生物菌属水平分析,高温、短HRT条件对古菌的优势种群有影响。高效厌氧消化反应器(CSTRHi)和传统高温厌氧反应器(CSTRT)中绝大部分产甲烷过程都由Methanothermobacter和Methanosarcina这两种菌属完成。Methanoseata大量存在于传统中温厌氧反应器(CSTRM)中,相对丰度高达30.16%,在CSTRT和CSTRHi反应器中相对丰度比例不到1%。较高水平的乙酸可有利于嗜乙酸产甲烷菌Methanosaeta的生长,CSTRM反应器中乙酸浓度显著高于CSTRHi和CSTRT反应器,这可能是Methanosaeta主要存在于CSTRM反应器的原因之一。CSTRHi反应器中古菌比例(0.44%)显著小于CSTRT和CSTRM反应器(3.52%和1.45%),这可能是短HRT反应器单位进泥的甲烷产量低于长HRT反应器的主要原因之一。