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剩余污泥问题是目前污水处理领域面临的最严重、迫切需要解决的问题之一。污泥减量化技术是在剩余污泥资源化基础上进一步提出的剩余污泥处置新概念，是解决剩余污泥问题的根本性方法。污泥减量工艺的关键就是高效污水处理的同时具有尽可能低的污泥产率。本论文通过在新型的微生物载体表面及其内部形成生物膜，由于生物膜不同位置的溶氧情况不同，形成了一个厌氧-好氧反复耦合的环境，使得在污水处理的同时实现剩余污泥的原位降解，降低污泥产率，从而达到污泥减量的目的。因此，本研究工作的主要内容包括采用多孔球形微生物载体的推流式生物膜工艺和多孔聚亚胺酯载体的流化床生物膜工艺的比较，污水处理效果的分析，污泥产率分析以及对剩余污泥原位降解机理的初步探讨。 首先，基于流离原理设计了新型多孔球形微生物载体。该载体由碎石黏结而成的球形载体，并将该新型载体应用在推流式反应器中进行污水处理试验。通过5个多月的连续化试验，运行结果表明该球形载体易挂膜，且生物相发达，并且由于流离原理，在水力流动的同时实现固夜分离，这都有利于水中污染物的去除和降低污泥产率。运行结果表明：曝气及水力停留时间的控制是影响该污水处理工艺最主要的两个因素，它们的最佳值分别是溶解氧为3.5-4.5mg/L，水力停留时间为6h。在该工艺条件下，COD去除率可达到95％以上，出水COD低于国家一级排放标准；剩余污泥产率为0.092gMLSS/gCOD，是普通活性污泥法的四分之一。尽管该系统对污水中有机物具有很好的去除效果并且具有很低的剩余污泥产率，可以实现基本上不排剩余污泥。但是，该处理系统对于污水中氮和磷的去除率不佳。其中除氮效率低的可能原因是该系统的生物膜中硝化菌的数量偏低，这是由于曝气的不易控制，该系统中好氧-厌氧比例分布不平衡，不利于硝化细菌的生长，从而影响硝化反应的顺利进行。除磷效率低可能是由于厌氧过程促进聚磷菌向水中释放磷，在好氧-厌氧耦合过程中，如果厌氧过程占据优势，则可能使得出水磷值较高。 然后，在研究了新型多孔球形载体推流式生物膜污水处理系统的基础上，为了解决该生物膜工艺中出现的脱氮除磷效率低的问题，本论文开展了聚亚氨酯多孔载体的SBR-三相流化床生物膜污水处理工艺的研究。该载体具有密度小、孔体积大并且孔径分布均匀的特点，有利于在水中形成流化状态、有利于实现溶氧的控制，从而易于实现对好氧-厌氧耦合平衡的控制。为了达到最佳的脱氮除磷效果，采用SBR运行方式。最优的运行周期条件为：曝气4小时，停曝搅拌1.5小时，静沉0.5小时，闲置0.5小时；系统pH控制在6.5-7.5之间。在该条件下，系统的平均污泥产率系数为0.089gMLSS/gCOD，是常规活性污泥四分之一；COD去除率为90%以上，系统铵氮脱除率达到95％以上，总氮脱除达到70%以上；对磷的去除率在28%左右，出水总磷值较高，因此考虑其它工艺对磷进行脱除。采用光学显微镜和扫描电子显微镜对载体内外的菌群分布进行了分析。系统对于肉联厂实际废水的处理结果表明，COD去除率为92.2%，铵氮去除率为90%，总氮去除率为18.1%。