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氮磷是引起水体富营养化的主要元素，城市污水处理厂普遍采用生物法(Biological nutrients remova1，BNR)去除污水中的氮磷。随着国家污水排放标准日益严格，污水中的碳源已无法满足生物脱氮除磷的需求。污水处理过程中随着有机物的去除以及微生物的生长会产生大量的剩余污泥，为避免剩余污泥对环境造成二次污染，需对其减量化、稳定化、无害化。剩余污泥中有机质含量高，碱性厌氧发酵时可以产生大量的短链脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFAs），并且SCFAs是BNR系统的优质碳源。然而，大多数有关污泥碱性厌氧发酵技术的研究均是短期试验，并且在利用污泥发酵液方面存在成本高、操作复杂的问题。因此，本文对污泥碱性厌氧发酵技术进行了长期试验研究，并提出一种新的利用污泥发酵物强化城市生活污水脱氮除磷的方法。 通过批次试验得到了污泥酸性、碱性、中性条件下厌氧发酵时pH值的变化规律。(1)污泥在不同条件下厌氧发酵时的pH值变化不同，污泥碱性厌氧发酵时，pH值随着时间不断地下降（从10下降到9），然而酸性发酵时的pH值呈上升趋势（从4上升到5），中性发酵时的pH值则先下降后上升。(2)SCFAs、NH4+-N和阳离子是影响3种条件下pH值变化的主要因素。(3)对于最终产酸量较多的污泥碱性厌氧发酵而言，初始阶段SCFAs产量未稳定时，pH值下降速率较大，当其产量稳定时，pH值下降速率趋于缓慢。在实际工程应用中可以通过在线监测pH值来判断SCFAs的产量是否稳定，实现自动化控制。 通过建立长期污泥厌氧发酵系统，从产酸基质及微生物菌群结构的角度揭示了碱性pH更利于SCFAs积累的机理。(1)碱性条件下，产酸菌可利用的基质——溶解性蛋白质和多糖释放量最多。(2)污泥碱性厌氧发酵系统中水解细菌——Alcaligenes和产酸细菌——Erysipelothrix得到富集，消耗SCFAs的产甲烷古菌数量极少，其与细菌的数量比是1∶41。然而，产甲烷古菌在酸性以及中性条件下与细菌的比例均高于碱性条件，分别是1∶16、1∶9。(3)污泥在碱性条件下发酵得到的污泥减量率最高，将产出的SCFAs投到实际生活污水中，其溶解性化学需氧量(Soluble chemical oxygen demand，SCOD)将提高20％。 基于污泥长期在碱性下厌氧发酵有较好的产酸和污泥减量效果，进一步证明了中温(30±2℃)条件不仅促进其产SCFAs而且具有较高经济性。(1)中温时的SCFAs产量是低温时的2.2倍，多出的SCFAs量的主要成分是乙酸。(2)较高的酶活性使得中温下的总溶解性蛋白质和多糖含量是低温时的2.63倍，为产SCFAs提供了丰富的基质。Alcaligenes、Anaerolinea和Ottowia是中温系统中相对丰度较高的水解细菌，同时产酸菌丰度较低温时高。(3)综合SCFAs积累量、污泥减量、热能消耗三方面，污泥在中温条件下碱性发酵(有效体积为5L)每年可以节约62.7$，比低温条件多节约6.7$。 基于上述稳定运行的污泥（碱性、中温）厌氧发酵系统，首次提出了将不进行泥液分离且未去除副产物（氮、磷）的污泥碱性厌氧发酵物直接用作处理城市生活污水的碳源。(1)直接投加污泥发酵物的污水处理系统(F-SBR)的TN(Total nitrogen)和PO43--P的去除率分别达到了82.9％、96.0％，而未投加发酵物的污水处理系统(B-SBR)TN和PO43--P的去除率只有55.9％和-6.1％。(2)F-SBR系统中氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria，AOB——Nitrosomonadaceae、Nitrosomonas)和反硝化聚磷菌（Denitrifyingphosphate accumulating organisms，DPA O——Dechloromonas）的富集证明了短程硝化和反硝化除磷现象的发生。(3)有效体积为10L的F-SBR可以实现污泥减量，减量862.1mg VSS/d。(4)优化后的F-SBR依然有显著的脱氮除磷效果，并且运行方式更加简单，易于实际工程应用。 提出了进一步强化污泥碱性厌氧发酵产SCFAs的新方法。(1)将pH=10下长期厌氧发酵的种泥接入至新鲜污泥，相同pH条件下，接种厌氧发酵种泥反应器中的最大产酸量较不接种分别提高4.9mg COD/g VSS(pH=7.4±0.2)和16.4mg COD/g VSS(pH=10±0.2)。(2)铜离子预处理后的污泥碱性厌氧发酵产SCFAs量在第6d达791.6mg/L，比未做预处理的高370.1mg/L。(3)采用Mg(OH)2调节污泥厌氧发酵时的pH值，不仅促进污泥发酵产SCFAs而且能去除发酵液中的磷，在发酵的第4d，其磷含量接近0;Mg(OH)2调节后的发酵污泥脱水性能优于NaOH调节后的，前者污泥毛细吸水时间（Capillary suction time，CST）较后者短42.3s。