Sachverhalt:
A. Die 1951 geborene R._ bezieht seit dem 1. September 1991 eine Rente der Invalidenversicherung. Mit Verfügung vom 2. März 2006 wies die IV-Stelle des Kantons Zürich das Gesuch vom 6. Juni 2005 um eine Erhöhung der bisherigen Dreiviertelsrente ab, was sie mit Einspracheentscheid vom 6. Oktober 2006 bestätigte. In teilweiser Gutheissung der Beschwerde wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich die Sache mit Entscheid vom 31. Dezember 2007 zwecks Vornahme weiterer Abklärungen und neuerlicher Verfügung über den Leistungsanspruch ab 1. September 2006 an die IV-Stelle zurück. Im Übrigen wurde die Beschwerde abgewiesen. Nach erneuter ärztlicher Begutachtung und Durchführung des Vorbescheidverfahrens verfügte die IV-Stelle am 9. Januar 2009 die Abweisung des Erhöhungsgesuches.
B. Das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich wies die am 14. Januar 2009 erhobene und mit Schreiben vom 6. Februar 2009 ergänzte Beschwerde der R._ mit Entscheid vom 22. Oktober 2009 ab.
C. R._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen mit den Rechtsbegehren, der Entscheid vom 22. Oktober 2009 und die Verfügung vom 9. Januar 2009 seien aufzuheben und ihr sei eine ganze Invalidenrente zuzusprechen.
Die IV-Stelle schliesst auf Abweisung der Beschwerde, das kantonale Gericht und das Bundesamt für Sozialversicherungen verzichten auf eine Vernehmlassung.
Erwägungen:
1. 1.1 Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann u.a. die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (Art. 95 lit. a BGG). Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG). Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 BGG). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht (Art. 105 Abs. 2 BGG).
1.2 Das kantonale Gericht hat die rechtlichen Grundlagen betreffend den Umfang des Rentenanspruchs (Art. 28 Abs. 2 IVG resp. Art. 28 Abs. 1 IVG in der bis 31. Dezember 2007 gültigen Fassung), die Bemessung des Invaliditätsgrades bei erwerbstätigen Versicherten nach der Einkommensvergleichsmethode (Art. 16 ATSG in Verbindung mit Art. 28a Abs. 1 IVG resp. bis zum 31. Dezember 2007 Art. 28 Abs. 2 IVG), die Voraussetzungen einer Rentenrevision (Art. 17 Abs. 1 ATSG; BGE 130 V 343 E. 3.5 S. 349, 112 V 387 E. 1b S. 390 je mit Hinweisen) sowie den zeitlichen Referenzpunkt für die Prüfung einer anspruchserheblichen Änderung (BGE 133 V 108 E. 5.4 S. 114) zutreffend dargelegt. Darauf ist zu verweisen.
2. 2.1 Mit rechtskräftigem (vgl. BGE 135 V 141 E. 1.4.6) Entscheid vom 31. Dezember 2007 hatte das kantonale Gericht den Anspruch der Versicherten auf eine Dreiviertelsrente bis 31. August 2006 bei einer 40%-igen Arbeitsfähigkeit für leichte wechselbelastende Tätigkeiten bestätigt. Streitig und zu prüfen ist, ob im Zeitraum zwischen dem 1. September 2006 und dem 9. Januar 2009 (Erlass der Verfügung) eine rentenerhebliche Sachverhaltsänderung eingetreten ist.
2.2 Mangels ausgewiesener relevanter Sachverhaltsänderung hat das kantonale Gericht den Anspruch der Beschwerdeführerin auf eine ganze Rente verneint. Die Beschwerdeführerin macht geltend, dass die Vorinstanz die Verschlechterung des Gesundheitszustandes unter Missachtung des Untersuchungsgrundsatzes verkannt habe. Sie verweist insbesondere auf die im letztinstanzlichen Verfahren neu eingereichten Berichte des Dr. med. T._ vom 9. Februar 2009, der Klinik X._ vom 9. September 2009 sowie des Hausarztes, Dr. med. K._, vom 19. November 2009.
2.3 Der Untersuchungsgrundsatz (Art. 43 Abs. 1, Art. 61 lit. c ATSG; Ueli Kieser, Auswirkungen des Bundesgesetzes über das Bundesgericht auf die Sozialversicherungsrechtspflege, in: Die Reorganisation der Bundesrechtspflege, 2006, S. 460 f.), welcher sowohl das Administrativverfahren vor der IV-Stelle wie auch den kantonalen Sozialversicherungsprozess beherrscht, besagt, dass die IV-Stelle und das Sozialversicherungsgericht den rechtserheblichen Sachverhalt von Amtes wegen festzuhalten haben. Die Untersuchungspflicht dauert so lange, bis über die für die Beurteilung des streitigen Anspruchs erforderlichen Tatsachen hinreichende Klarheit besteht (vgl. Urteil 8C_364/2007 vom 19. November 2007 E. 3.2, mit weiteren Hinweisen). Der Untersuchungsgrundsatz gilt indessen nicht uneingeschränkt; er findet sein Korrelat in den Mitwirkungspflichten der Parteien (Art. 43 Abs. 3 und Art. 61 lit. c ATSG; BGE 125 V 193 E. 2 S. 195; SZS 2004 S. 566, B 75/03 E. 2.3).
2.4 Die Vorinstanz hat unter Berufung auf die Fachmeinungen der Dres. med. T._ (Bericht vom 2. Juni 2008) und F._ (Bericht vom 22. Juni 2008) sowie die Ergebnisse verschiedener Untersuchungen im Universitätsspital Y._ (Bericht vom 9. April 2008) festgestellt, dass sich der Gesundheitszustand hinsichtlich des Schmerzsyndroms abdominal bei Adhäsionsbauch seit dem Eingriff am 27. September 2006 weder positiv noch negativ entwickelt habe. In rheumatologischer Hinsicht seien zwar neue Befunde konstatiert worden (Deckplattenimpressionsfraktur im ersten Lendenwirbelkörper; Ruptur der Supraspinatussehne), was indessen gestützt auf den Nachbegutachtungsrapport des Dr. med. F._ vom 22. Juni 2008 keine wesentliche Verschlechterungen des Gesamtzustandes zu Folge gehabt habe. Das gleiche Ergebnis hat das kantonale Gericht nachvollziehbar auch für die Gefühlsstörung im linken Bein festgestellt. In der Beurteilung des psychischen Gesundheitszustandes hat die Vorinstanz aus den Ausführungen des Dr. med. F._ zur Tagesablaufgestaltung der Beschwerdeführerin gefolgert, dass sich das Ausmass der psychischen Komponente des generalisierten Schmerzbildes nicht verschlechtert habe. Diese Feststellungen hat das kantonale Gericht gestützt auf beweiskräftige medizinische Unterlagen (BGE 125 V 351 E. 3a S. 352) getroffen. Inwiefern diese offensichtlich unrichtig sind oder auf einer Rechtsverletzung beruhen (E. 1.1), ist nicht ersichtlich und wird nicht geltend gemacht, weshalb sie für das Bundesgericht verbindlich sind.
In Bezug auf das linke Knie der Beschwerdeführerin hat das kantonale Gericht festgehalten, dass sich in der Zeit von August 2006 bis Januar 2009 keine wesentliche, den Rentenanspruch beeinflussende Änderung ergeben habe. Weder die Replik vom 5. März 2009 noch die Beschwerdeschrift vom 14. Januar 2009 resp. 6. Februar 2009 an die Vorinstanz oder die medizinischen Akten enthalten Hinweise, aufgrund derer das kantonale Gericht verpflichtet gewesen wäre, in Bezug auf den nicht in den Akten enthaltenen, der Vorinstanz nicht vorliegenden Bericht des Dr. med. T._ vom 9. Februar 2009 weitere Abklärungen zu treffen. Die Vorinstanz hat in zulässiger Weise auf die Vornahme weitergehender Schritte zur Feststellung des Sachverhaltes verzichtet; aufgrund der Auskünfte der Beschwerdeführerin ist sie zu Recht davon ausgegangen, dass sich der Zustand des linken Knies nicht massgeblich verändert hat. Selbst unter Berücksichtigung der unzulässigen neuen Akten (Art. 99 Abs. 1 BGG) ist die Feststellung des kantonalen Gerichts nicht offensichtlich unrichtig, weshalb an ihr festzuhalten ist.
2.5 Nach dem Gesagten hat die Vorinstanz zu Recht festgestellt, dass im vorliegend relevanten Zeitraum zwischen dem 1. September 2006 und dem 9. Januar 2009 keine rentenerhebliche Änderung des Sachverhaltes eingetreten ist. Allfällige bis zu diesem Zeitpunkt nicht berücksichtigte Veränderungen des Gesundheitszustandes werden gegebenenfalls Gegenstand einer neuerlichen Rentenrevision sein.
3. Dem Ausgang dieses kostenpflichtigen Verfahrens (Art. 65 Abs. 1 und Abs. 4 lit. a BGG) entsprechend sind die Gerichtskosten der Beschwerdeführerin aufzuerlegen.
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden der Beschwerdeführerin auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 29. März 2010
Im Namen der II. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Meyer Dormann