城市污水厂剩余污泥中不仅含有挥发性脂肪酸、腐殖酸和蛋白质等有机物，还含有丰富的磷、钾、钙和镁等营养元素，具有潜在的利用价值。通过从剩余污泥中回收有价值的物质和能源，既可使剩余污泥得到妥善的处理处置，又可补偿污水厂的运行费用，还能够实现资源的循环利用而利于环境保护和可持续发展。本论文通过比较四种预处理方法对污泥的破解效果，掌握了剩余污泥破解过程中的有机物和营养物释放特性。在此基础上，尝试了通过高压均质法破解污泥选择性释放碳源，将剩余污泥开发为碳源的可行性；探讨了碱解剩余污泥释磷和磷酸铵镁沉淀回收磷的可能性；评价了通过“碱解—厌氧消化”新工艺处理剩余污泥，快速产甲烷的效果。最后，探索了将上述资源化技术（回收磷和产甲烷）集成，实现剩余污泥综合处理处置的效果，并开展了物质流衡算和经济性评价。主要研究内容和结果如下：（1）采用不同预处理方法（碱法、ClO2氧化法、超声波法和高压均质法）破解污泥时，有机物和营养物释放存在明显差异。通过分析有机物释放量随作用时间变化情况，及观察作用时间结束时的剩余污泥形态，证明了不同预处理方法破解污泥时存在不同的作用机制。研究认为，不同预处理方法破解的剩余污泥有各自适宜的用途。（2）经理论释放值和实际释放值的差异度评价，证明了高压均质法可选择性地释放剩余污泥中的碳源，生产碳源的费用低于碱法、ClO2氧化法和超声波法。高压均质破解的剩余污泥作碳源回流SBR系统后，营养性污染物（氮和磷）的去除能力提高了20%以上。监测了系统中惰性物质（灰分、重金属和多环芳烃）的积累情况，发现伴随破解剩余污泥回流带入系统的惰性物质的积累效应可忽略。结合数理统计分析，确定了积累规律符合Patterm Ⅰ。系统惰性物质的质量平衡计算发现，系统中的惰性物质维持了一种动态平衡。因此，高压均质破解剩余污泥回流SBR系统作碳源是稳定可靠的。（3）单级碱解可释放剩余污泥中62.86%的TP和35.43%的Ortho-P，但上清液pH高达12.4，超出了磷酸铵镁沉淀回收磷的pH范围。为此，开发了二级碱解技术，它能够维持碱解上清液pH不超过10。经响应面法优化的二级碱解可释放剩余污泥中56.60%的TP和40.70%的Ortho-P，并维持上清液pH在10。按照Mg/P摩尔比1.8:1向二级碱解的上清液中投加镁盐，反应15min，即可回收35.71%和46.88%的TP和Ortho-P，同时回收16.54%的氨氮。采用X-射线能谱仪和化学成分分析，确认了沉淀物中含有鸟粪石。可见，二级碱解释磷效果好，磷易于回收。（4）二级碱解可释放剩余污泥中近20%的有机物，上清液可生化性好（BOD5/COD=0.47）。以上清液（pH9.9）直接厌氧消化产甲烷，在颗粒污泥接种量60%下，甲烷产量达到392±2mLCH4/gCOD，而HRT仅为12h，远低于一般污泥厌氧消化所需的20d。碱解系统依靠剩余污泥自身的碱中和能力而实现pH调节；厌氧消化系统规避了挥发性脂肪酸积累、保持了系统相对恒定的pH，有利于产甲烷。（5）根据破解剩余污泥的资源化技术集成思路，构建了“二级碱解—磷酸铵镁回收磷氮—厌氧产甲烷集成工艺”和“二级碱解—厌氧产甲烷—磷酸铵镁回收磷氮集成工艺‖，两工艺的运行效果良好。两工艺是经济可行的，年产生净收益20万元以上。两工艺的限制性步骤是二级碱解，其工艺参数有进一步优化的空间。