活性污泥法是当今世界上应用最为广泛的生活和工业污水处理技术。但是,传统的活性污泥法尚未有效解决的问题,就是伴随其污水处理过程产生数量巨大的难于处理、处置的剩余污泥。从可持续发展和循环经济的角度,剩余污泥的处理与处置应是一种环境友好的遵循减量化、资源化、无害化和稳定化优先策略的方法。因此,以溶胞-隐性生长理论为基础,利用机械物理方法进行破解预处理并结合好氧消化降解的剩余污泥减量工艺,已经成为污水处理领域中的研究热点。然而,污泥破解预处理技术中的经济、技术瓶颈,破解液回流至原污水处理系统导致氮、磷负荷升高而使出水水质恶化的问题,是制约其推广应用的主要原因。本研究在分析多种机械物理方法破解机理的基础上,提出了一种全新的剩余污泥破解技术——高速转盘法；并提出厌氧／好氧／缺氧-序批式反应器(A/0/A-SBR)实现破解液同步脱氮除磷处理的新工艺；通过将去除氮、磷的破解液回流至原污水处理系统,建立了一种“基于高速转盘破解结合A/O/A-SBR工艺”的剩余污泥减量化技术。本研究对高速转盘法剩余污泥破解的机制,高速转盘结构与运行参数的优化,污泥破解液的厌氧与好氧降解特性,A/O/A-SBR工艺参数的确定,以及减量工艺系统实际应用的可行性,进行了系统的实验研究与分析,为实现剩余污泥的减量化处理探索了一条新的途径。研磨转盘是高速转盘的前期模型,通过试制研磨转盘并对剩余污泥进行破解处理,研究发现,污泥的MLSS浓度、盘间距离、处理次数是影响研磨转盘破解效果的主要因素,转动盘与固定盘之间形成的流体剪切力、研磨效应以及从微生物细胞中溶出的水解酶三者共同作用是促使污泥破解的主要原因。使用盘间距离为0.25mm、转盘转速为3500 r/min的研磨转盘对MLSS浓度为11300 mg/L的剩余污泥破解处理25次,破解液溶解性有机碳(DOC)的浓度由7.4 mg/L上升至310.9 mg/L,中值粒径下降至约10μm。通过对结构型式的逐步改进,研制了高速转盘剩余污泥破解装置,并对高速转盘法污泥破解的机制和运行参数的优化进行了实验研究。研究发现,由于污泥具有粘性,旋转盘高速旋转并在盘体之间产生的巨大的流体剪切力是导致污泥絮凝体、胞外聚合物解体和细菌等微生物细胞破解的主要原因。污泥的MLSS浓度、转盘转速是影响高速转盘破解效果的主要因素。使用转速为5000 r/min的高速转盘对MLSS浓度为18800mg/L的剩余污泥破解45 min,破解液的溶出率(DOC/TOC,溶解性有机碳与总有机碳之比)可达50%以上,所需比能量约为14500 kJ/Kg-DS。研究发现,污泥破解过程中胞外聚合物溃散、解体,细胞破解、内含物质溶出,将导致污泥悬浊液分散体系改变,溶解和悬浮性物质组分发生变化,使破解液随溶出率的增加呈现动态的、复杂的非牛顿流体粘性特性。高速转盘破解过程中破解液表观粘度的降低是导致流体剪切力强度降低,破解失效,溶出率不再升高的主要原因。破解过程中温度升高对污泥破解具有促进作用,80℃加热水解联合高速转盘破解,可以缩短高速转盘的处理时间,联合破解的比能量输入为17200 kJ/kg-DS时,溶出率可达50%以上。实验研究表明,高速转盘破解处理后的污泥破解液具有良好的厌氧和好氧降解特性,高速转盘破解污泥的过程中,并没有产生难于生物降解的惰性化合物。10d静态厌氧降解实验过程中,破解液的CH4产量比未破解污泥的CH4产量提高了18.8%,破解液的MLSS去除率提高了10.7个百分点。动态厌氧降解特性表明,破解液结合厌氧消化可以提高厌氧消化速度、缩短水力停留时间、提高污泥的去除率。将破解液回流至好氧消化系统实现好氧降解,破解液并未对原有系统的出水水质产生明显影响。本研究通过实验建立了破解液的A/O/A-SBR同步脱氮除磷工艺,通过交替改变不同时间的厌氧、好氧、缺氧条件,利用厌氧促进破解液水解与氨化、好氧促进硝化、缺氧促进反硝化,和厌氧促进破解液水解释磷、好氧(或缺氧)促进吸磷,一系列的生物反应,实现了高速转盘破解污泥的同步脱氮除磷处理。经过多个周期的微生物驯化,当接种污泥与破解液的混合比为2：1,厌氧、好氧、缺氧时间分别为5d、1d、1d时,DOC、溶解性总氮、溶解性总磷的去除率可达40.9%、38.6%和31.5%。通过理论物料衡算模型分析,高速转盘破解结合A/O/A-SBR工艺的剩余污泥减量化系统,可以实现45.5%的污泥减量,而不对原有污水处理系统的氮、磷出水水质产生影响。