随着污水生物处理技术的普及，污水污泥问题日益凸现，大量剩余污泥的产生及昂贵的处理费用困扰着全世界以生物法为主的污水处理厂。臭氧化污泥减量技术正是在这一背景下提出的，但处理成本高、出水水质不佳、特别是氮磷去除效果不好等问题一直限制着该工艺的发展。针对此问题，本研究采用自行研制的污泥臭氧化装置，对污泥臭氧化破解历程、影响因素、氧化途径进行了一系列深入研究，并在优化污泥臭氧化处理条件，强化污泥减量工艺脱氮除磷效能的基础上，提出了一套新的具有稳定脱氮除磷效能的污泥减量工艺。　　本研究首先对臭氧处理前后污泥浓度、污泥形态、污泥粒径、微生物细胞内外高分子聚合物和阳离子释放过程进行考察。结果表明，对臭氧敏感的丝状菌首先开始死亡，菌丝断裂，污泥絮体结构松散，胞外高分子聚合物（EPS）及阳离子脱离污泥进入液相，污泥粒径变小，污泥微生物细胞部分死亡，细胞壁破裂，细胞质泄漏，污泥固体物质减少。当臭氧投量为205mgO3/gTS时，投加叔丁醇抑制羟基自由基反应，结果发现臭氧对污泥的氧化包含直接氧化和间接氧化，其中直接氧化仅占总反应的38％，间接氧化占总反应的62%。　　在明确污泥臭氧化破解历程和氧化途径基础上，进一步考察了臭氧投量、pH值、过氧化氢、初始污泥浓度、VS含量及布气装置等因素对污泥臭氧氧化分解效果的影响，并优化了污泥处理条件。结果表明，最佳臭氧投量为208mgO3/gTS，最佳pH值为6～8，最佳污泥浓度为9000mg/L～19000mg/L。提高VS/TS比例、加入适量的H2O2、采用平均孔径小的曝气装置均能提高污泥的臭氧化分解效率。　　经臭氧处理后，污泥性质发生显著变化。污泥上清液的SCOD、TN、TP随臭氧投量的增加而增加，其中有机氮和有机磷是上清液TN和TP的主要成分，而上清液的TOC和多糖则在臭氧投量为208mgO3/gTS时达到峰值，分别为680.7mg/L和295.9mg/L，污泥的可生化性能提高。以污泥臭氧化上清液为碳源，C/N大于6.74时，体系内的NO3--N可以完全脱除；相同C/N比条件下，污泥臭氧化上清液的脱氮速率与甲醇相当；污泥臭氧化上清液中有40%的COD可以被聚磷菌吸收实现厌氧释磷，最大释磷速率为1.57mgP/(gMLSS·h)，是乙酸钠的0.38倍；污泥臭氧化上清液对有机物降解、硝化、好氧吸磷过程均不产生不利影响。　　为降低成本，减少能耗，将含有大量易降解有机物的污泥臭氧化上清液返流到污水生物处理系统缺氧阶段，替代甲醇，作为反硝化碳源。结果表明，当臭氧臭氧投量为208mgO3/gTS，污泥臭氧化比例分别为3.5%、7%和14%时，各系统COD、NH4+-N去除效果稳定，但TN和TP去除效果较差。为此，对该工艺进行改进，引入侧流除磷工艺，构成新型的臭氧+SBR污泥减量系统。经过近两个月稳定运行，该系统COD、NH4+-N、TN、TP平均去除率分别达到94.24%、96.84%、86.04%和97.32%，是对照系统的0.988、0.995、0.973、1.27倍，出水达到国家一级标准。系统的污泥浓度在4587～4830mg/L之间波动，污泥表观产率为0.034mgTS/gCOD，污泥减量近87%。运行末期，污泥沉降性和脱水性得到改善并优于对照系统，两系统污泥活性均有所下降。试验系统厌氧释磷、有机物降解、硝化+吸磷和反硝化等阶段污泥TTC-SDHA活性分别为36.9mgTF/(gMLSS·h)、49.9mgTF/(gMLSS·h)、31.6mgTF/(gMLSS·h)和29.3mgTF/(gMLSS·h)，是对照系统的1.12倍、0.95倍、1.06倍和1.02倍，说明新工艺没有对微生物系统产生不良影响，长污泥龄条件下除磷效果稳定，与传统工艺相比更具优势。