活性污泥法以净化效果好、经济可靠、不引起二次污染等优势备受青睐,成为城镇污水处理厂的主流工艺。然而,运行过程中的污泥膨胀问题始终未得到彻底解决,尤其在低温条件下丝状菌大量繁殖,导致污泥沉降性能变差,泥水分离困难,影响出水水质。本文通过投加臭氧分别研究了对SBR和A/A/O系统污泥沉降性能及脱氮除磷效果的影响,旨在为改善活性污泥系统的沉降性能提供依据。主要研究成果如下:以模拟城镇污水为对象,采用2套相同的SBR反应器对比研究了臭氧投加对污泥沉降性能及脱氮除磷效果影响。结果表明:（1）投加不同浓度的臭氧（0.085～0.34 g-O₃/g-MLSS）均可改善污泥的沉降性能,当投加量为0.17 g-O₃/g-MLSS时,SVI可降至70-90 m L/g之间,污泥沉降性能最好;当臭氧投加量为0.34 g-O₃/g-MLSS时,SVI反而呈上升的趋势。进一步研究发现,活性污泥的EPS总量和PS/PN值与SVI之间呈正相关的关系,臭氧氧化降低EPS与PS/PN值是改善污泥沉降性能的原因之一。（2）投加臭氧后,系统对COD和TN的去除率维持在90%以上,与未投加臭氧的SBR系统相比,除碳脱氮性能及硝化速率变化不大;随着臭氧投加量的增加,磷的处理效率和除磷速率均呈下降的趋势,除磷率由92%逐渐降至60%,最高释磷速率和吸磷速率分别由7.63和5.89 mgP/（gVSS·h）下降到4.98和3.94mgP/（gVSS·h）。（3）投加臭氧20 d后,对污泥进行镜检发现,丝状菌的菌丝体变短,污泥絮体变得密实;通过高通量测序研究发现,种群多样性呈减少的趋势,脱氮功能菌Nitrispira占比稳定,与除磷相关的功能菌Tetrasphaera下降明显,Actinobacteria、Microtrichaceae和CandidatusMicrothrix等与丝状膨胀相关微生物丰度的减少是改善污泥沉降性能的另外一个原因。在此基础上,针对某污水厂低温污泥膨胀的问题(SV₃₀为90%,SVI为260 m L/g左右),通过试制小试A/A/O反应器,以污水厂实际污水和污泥为对象,在现场进行试验,研究臭氧投加对污泥膨胀的控制及脱氮除磷效果的影响,得到以下结果:（1）通过批式试验研究臭氧投加量对污泥沉降性能的影响,结果表明,当投加量为0.085和0.17 g-O₃/g-MLSS时,SVI能降至40%左右,综合处理效果与稳定性,确定最佳臭氧投加量为0.17 g-O₃/g-MLSS。（2）在最佳臭氧投量的条件下,研究了小试A/A/O系统污泥沉降性能的变化规律,结果表明,初始4 d内,SVI值反而略有上升,至300 mL/g左右;此后,SVI迅速降低,8 d后,SVI降至150 mL/g以下,污泥膨胀即得到抑制。（3）在最佳臭氧投量的条件下,研究了A/A/O系统处理效果的变化规律,结果表明,连续运行30 d,系统COD和氨氮去除率稳定在90%和95%以上,对氨氮的氧化速率几乎没影响;系统磷的去除率由92%降至63%,好氧条件下吸磷速率有所降低。（4）通过镜检和染色综合判定,该污水厂丝状菌的类型为Microthrix parvicella型,投加臭氧后,污泥丝状菌数量减少,菌丝体被打断,污泥絮体变得密实,因此,沉降性能得到改善。