传统活性污泥工艺(conventional activated sludge process,CAS)很容易产生大量剩余污泥。溶胞-隐性生长技术通过溶解污泥微生物细胞,释放出胞内有机质回流至生化反应池后作为“二次基质”被微生物消耗利用进行隐性生长以实现污泥减量。在溶胞过程中微生物细胞物质的释放是影响基于溶胞的污泥减量的重要因素,而细胞物质的释放伴随着微生物结构的变化。全面掌握溶胞过程中污泥细胞物质释放和结构变化特性,可为后续隐性生长污泥减量提供前期表征和指导。本研究采用超声波细胞破碎仪对某污水厂二沉池回流污泥进行预处理。从微观结构出发,结合分形理论,论探讨了在不同超声作用时间(1,2,3,5,10min)和声能密度(0.3,0.6,0.9,1.2,1.5W/mL)条件下,污泥各有机质的溶出机制以及微观分形结构的变化规律;并在此基础上确定了最佳超声溶胞参数。以实际生活污水为对象,在40d的运行期内考察了超声波预处理80%的剩余污泥回流后CAS系统出水水质、曝气池中污泥性质以及系统污泥产量情况,并和CAS系统单独运行进行比较,主要结论如下:超声溶胞试验结果表明,超声波能够很好的破碎污泥,使大量有机质释放至液相。在不同声能密度条件下污泥SCOD和溶胞程度随超声作用时间延长现出阶段性变化:先缓慢增加,再迅速增加,随后增加趋势变平缓;在5min、1.5W/mL时分别达到最高的1189.4mg/L和28.6%。随着超声作用时间和声能密度增加,污泥上清液TP、NH4+-N、蛋白质及多糖等有机质浓度皆有一定程度升高,但升高程度各不相同。多糖和磷主要受超声作用时间影响,蛋白质和NH4+-N主要受声能密度影响较大。超声破碎后污泥各类有机质的溶出,表明超声波能够有效提高污泥可生化性,有利于强化后续微生物隐性生长。随着超声作用时间和声能密度增加,污泥d0.5呈现减小趋势,而SSA呈现增大趋势,表明超声作用能使污泥颗粒变得细小化、絮体变得分散化。超声作用时间5min是污泥d0.5和SSA变化的一个转折点,d0.5和SSA在前5min内变化显著,超声作用效果好,超过5min则作用效果明显降低。不同声能密度下,污泥D2和D3整体上都随着超声时间降低,污泥的密实度和稳定性降低。综合考虑污泥溶出物和分形结构的变化,并结合能耗角度,选择1.2W/mL、5min作为后续超声波溶胞污泥强化隐性生长污泥减量工艺的操作参数。皮尔逊相关性分析表明,SSA、D3分别和SCOD存在显著相关关系。SCOD能很好地反映污泥的溶解状态,而SSA、D3可以描述污泥的分散程度和絮体的密实性,从微观形态学角度甄别溶胞作用的有效性,因此可通过在线监测D3和SSA来反映污泥溶胞的实际效果,指导实际生产。有超声预处理污泥回流的CAS系统在40d运行期出水SS、COD、TP和NH4+-N平均浓度分别为 13.1mg/L、20.6mg/L、0.57mg/L 和 4.3mg/L,出水 SS、COD 和 TP 稍高于对照组,但基本保持稳定,能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放要求。在连续运行40d内,实验组曝气池MLSS稍高于对照组,但一直处于稳态,并没有引起系统微生物量的急剧增加;曝气池污泥SVI、SOUR都相差不大,说明超声波溶胞污泥回流不会对系统污泥的沉降性能和污泥活性造成明显影响。超声波溶胞80%的剩余污泥回流可以强化隐性生长并有效降低CAS系统排泥量。在连续运行40d后,对照组和实验组的表观排泥量分别为126g和32g,实验组污泥减量67.2%。实验组总排泥量累计159g,比对照组多33g,主要是回流污泥中难降解生物残渣、惰性无机物积累量以及微生物进行隐性生长增加的生物量。