近年来,生活污水和工业废水中的氮、磷含量越来越高,使得污水碳氮比偏低,导致污水生物脱氮的过程中碳源不足。投加甲醇等外加碳源不仅会增加运行成本,还容易造成二次污染。与此同时,污水处理厂处理污水会产生大量剩余污泥,剩余污泥的处理成本很高。利用超声波破解剩余污泥作为生物脱氮的外加碳源,可同时解决污水厂生物脱氮碳源不足和剩余污泥处置困难等问题。本研究利用响应曲面法,考察了超声声能密度、超声时间和pH对剩余污泥生化需氧量（BOD₅）和溶胞率的影响,确定了超声波预处理剩余污泥的最佳参数。将最佳处理条件下获得的剩余污泥破解上清液作为外加碳源,采用上流式厌氧生物反应器,进行污水反硝化连续流实验,探讨反应器运行的最佳碳氮比及其反硝化性能。得到以下主要结果:以BOD₅和溶胞率为响应值,利用响应曲面法优化得出最佳处理参数:超声声能密度为2.0 W/mL、超声时间为40 min和pH为7.0,在此处理条件下的BOD₅浓度值为2195±20 mg/L,比原始污泥增加了大约24倍,溶胞率为33.9%±0.5%。反硝化碳源的对比实验表明,剩余污泥破解液作为碳源的反硝化效果良好,超声波预处理明显改善了剩余污泥可生化性。此外,超声波预处理也可将大肠菌群灭活,降低了剩余污泥对环境的危害。上流式厌氧生物反应器的反硝化连续流实验结果表明,在水力停留时间（HRT）为6 h时,SCOD/N（溶解性COD和硝酸盐氮的比值）为6时出水水质最好。此工况下,硝酸盐氮的去除率在93.5%以上,出水COD低于60 mg/L,NH₄⁺-N低于8.0 mg/L,TN为19.5±1.0 mg/L,可达到污水排放一级B标准;通过分析发现,类蛋白类有机物质大部分可被生物降解。当进水水质发生变化时,出水水质1² d便可恢复正常,说明反应器有一定的应冲击负荷能力,整体上反应器基本可保持出水水质稳定。本研究表明,超声波破解剩余污泥的上清液可以作为一种有效的反硝化碳源,用于污水脱氮处理。