城市污水处理厂污泥处理单元产生的污泥水具有流量小、污染物浓度高的特点。目前我国已运行的城市污水处理厂普遍是将污泥水直接回流至进水端，导致实际进水中NH₄⁺_-N、TP等负荷高于设计值，直接影响了生化处理系统的脱氮除磷效果。本文通过对中试装置O/A反应器处理实际运行污水处理厂污泥水及生物富集硝化菌，并将富集硝化菌添加至中试装置A²/O反应器强化生物硝化效果的试验研究，得出以下主要结论：（1）中试装置O/A反应器对城市污水处理厂污泥水的处理效果表明：TCOD，TP，NH₄⁺_-N和SS的平均去除率分别为93.3%，52.52%，99.87%和88.82%；TN去除率较低，平均值仅为9.72%，主要原因是污泥水中C/N值低。O/A反应器中生物富集硝化菌活性污泥的氨氧化速率（AUR）和亚硝酸盐氧化速率（NUR）平均值分别为7.84mg/（gMLSS×h）和12.17mg/（gMLSS×h）；（2）中试装置A²/O反应器添加生物富集硝化菌前后试验监测分析表明：生物富集硝化菌添加前，中试装置A2/O反应器稳定运行期间， SRT为10.1d¹4.4d时，对NH₄⁺_-N和TP的平均去除率分别为88.69%和72.5%；生物富集硝化菌添加后，SRT为8.5d时，对NH₄⁺_-N和TP的平均去除率为92.87%和81.85%，生物富集硝化菌添加后平均去除率有所提高；生物富集硝化菌添加后，中试装置A²/O反应器中活性污泥的AUR和NUR，平均值分别为5.08mg/（gMLSS×h）和4.92mg/（gMLSS×h）。而污水厂实际运行生化反应池中活性污泥的A UR和NUR平均值分别为2.64mg/（gMLSS×h）和2.95mg/（gMLSS×h），说明添加生物富集硝化菌活性污泥可明显提高生化反应速率。（3）通过对西安市第四污水处理厂生化反应池和中试装置A²/O反应器实际运行磷的去除效果监测分析，认为导致污水厂实际除磷效果不佳的原因是污水厂污泥水中磷负荷对系统进水的冲击较大、污泥龄和回流混合液浓度远高于设计值、厌氧区水力停留时间短，以及污水厂化学除磷系统未投入运行等。针对分析的相关影响因素，提出了优化厌氧区水力停留时间、强化污泥处理系统污泥水的处理，以及启动污水厂化学除磷系统等措施，可供同类型污水处理厂设计及运行管理时参考。（4）通过中试装置A²/O反应器实际运行污泥沉降比(SV₃₀)的测定和活性污泥镜检分析，结果表明SV₃₀值随着水温度的变化而呈现出“高温SV₃₀低，低温SV₃₀高”的现象，且随着污泥龄的增长，SV₃₀也呈现出升高的现象，这对污水处理厂运行管理中及时发现如污泥膨胀等异常现象有一定的指导作用。