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传统活性污泥工艺除磷效果难以满足日益严格的排放标准,国内许多污水厂在提标改造和新建工程中引进了高密度沉淀池工艺,实现了排放的总磷（Total phosphorus,TP）浓度稳定达标。重庆市某污水厂在生物处理工艺后增设高密度沉淀池工艺,虽然其排放的TP浓度能够稳定达到排放标准,但是由于污水厂人工对混凝剂聚合氯化铝（Polyaluminum chloride,PAC）的无序投加,导致PAC投加量高于相同工艺相同处理规模的其他污水厂,造成生产成本增加。为降低PAC投加量,本文在调查污水厂及高密度沉淀池运行现状的基础上,通过批次实验研究高密度沉淀池除磷影响因素,筛选出了影响该工艺除磷效果的关键因素,并对高密度沉淀池回流污泥除磷机理及磷平衡进行了分析。在实验基础上,建立了PAC投加量算法,并通过PAC投加量实验以验证算法的可靠性。并在此基础上建立了PAC自动投药系统,同时对优化PAC投加量后的经济效益进行了分析。其主要结论如下:（1）通过对污水厂运行现状的调查发现,该污水厂现有污染物出水指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002一级A标准。通过对污水厂各工艺段沿程TP和正磷（Ortho-phosphate,OP）浓度的观测,发现沉砂池对TP和OP去除作用有限;生物处理工艺仅能去除部分TP,对OP没有去除作用;OP主要由高密度沉淀池去除,其进水OP/TP为91%。同时对以上数据分析发现,OP去除率可作为评价高密度沉淀池除磷效果的指标,而污水p H和水温对高密度沉淀池除磷影响有限。（2）通过高密度沉淀池除磷影响因素的批次实验发现,高密度沉淀池速度梯度和混凝沉淀时间的变化几乎不会影响高密度沉淀池除磷效果,而PAC投加量、污泥回流比和聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,PAM）投加量则为影响除磷效果的关键因素。其中,PAC投加系数≤120时,OP去除率跟PAC投加系数呈线性关系,并符合计算式OP去除率（%）=0.5856×PAC投加系数+12.5309;污泥回流比控制在3%-4%时,回流污泥对OP的去除率与高密度沉淀池PAC投加量正相关;尽管OP去除率与PAM投加量无关,但是PAM能够通过去除含磷悬浮物的方式提高TP去除率,因此PAM投加量为0.2mg/L是经济可靠的。（3）通过观测回流污泥的微观结构、粒径分布和所含金属元素含量等特性发现,高密度沉淀池PAC投加量对前两个特性几乎没有影响,但回流污泥的Al元素含量随着PAC投加量的增加而增加。通过回流污泥及其滤液的除磷实验发现,回流污泥对磷的去除是通过污泥固体与OP间的吸附实现。同时,对回流污泥和沉淀污泥进行红外光谱分析发现,磷酸根对铝羟基氧化物上的羟基具有取代作用。继而对回流污泥吸附磷的动力学模型进行研究,发现回流污泥对磷的吸附符合吸附动力学伪二级模型。分析高密度沉淀池磷浓度沿程变化,发现其对OP的去除率可由PAC对OP的去除率和回流污泥对OP的去除率计算。（4）在前述实验基础上,以高密度沉淀池进水流量、进出水OP浓度和PAC投加量本身为变量,建立了基于迭代法的PAC投加量算法,并通过验证实验证明,该算法能够准确预测高密度沉淀池出水OP浓度,并能在减小PAC投加量的基础上保证出水TP浓度达标。最后,根据该算法建立了PAC自动投药系统,同时进行了经济效益分析。结果表明,经过PAC投加量的优化及投加系统的建立,每年可为污水厂带来直接经济效益82.4万元,而投药系统建设的投资成本仅为74.6万元。