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针对我国生活污水生物脱氮除磷过程中存在的碳源不足、曝气能耗高等问题,在阶式A2/O2工艺的基础上,构建“预缺氧/厌氧/低氧/缺氧/好氧”的改良型A2/O工艺系统。该工艺的改进点体现在：①在厌氧池前增设一个预缺氧池,去除回流污泥中的硝态氮,减少硝态氮对后续厌氧释磷的影响；②低氧池分为三段,分别控制不同的溶解氧浓度,实现低氧段部分的同步硝化反硝化,同时又能为缺氧段反硝化除磷积累足够的硝态氮。本文通过试验研究,考察改良型A2/O工艺脱氮除磷效果,优化工艺运行方式,并在此基础上建立该工艺的数学模型,研究其优化运行方案,开发改良型A2/O过程控制与模拟软件。本论文中进水采用东南大学无锡分校生活污水,试验结果表明预缺氧池和厌氧池的适宜进水量分配比为1：4；低氧池三段适宜的DO浓度分别为1mg/L、1mg/L和2.2mg/L,好氧池适宜的DO浓度为4mg/L；各池的适宜停留时间分别为预缺氧池0.5h、厌氧池2h、低氧池3h、缺氧池2h、好氧池1.5h,总水力停留时间为9h。系统稳定运行时,当进水COD、TN、NH4+-N和TP平均浓度分别为140.55±0.85 mg/L、25.77±0.59 mg/L、20.11±0.36 mg/L和3.89±0.25 mg/L时,出水COD、TN、NH4+-N和TP平均浓度为17.26±2.25 mg/L、8.98±0.71 mg/L、0.46±0.06 mg/L和0.32±0.04 mg/L,平均去除率分别为87.72%、65.15%、97.71%和91.77%,出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB1 8918-2002)一级A标准。选用ASM2D模型对本工艺进行模拟,得到改良型A2/O工艺数学模型。研究进水温度、流量、水质变化时,模型在不同工况下的污染物去除情况,得到进水温度、流量、水质变化时的工艺运行控制策略。温度变化时,控制参数为DO、HRT和SRT。温度降低时,可以增大低氧段和好氧段DO值,同时增加各段的HRT,增加污泥龄；温度升高时,可以不作调整。进水流量变化时,控制参数为HRT和SRT。可以根据变化情况增减各池体积,使各段HRT保持不变,同时增减排泥量使污泥龄维持在15d左右。进水TN浓度变化时,控制参数为DO、HRT、SRT和外部投加碳源。进水TN浓度增大时,可以减小低氧段的DO值,同时增大各池体积,若这些调整仍不能使出水达标,则在此基础上外部投加碳源,同时减小厌氧池体积：进水TN浓度减小时,可以不作调整。进水TP浓度变化时,控制参数为DO、HRT和SRT。进水TP浓度减小时,可以增大低氧2的DO值,同时减小排泥量,使污泥龄维持在18.5d左右；进水TP浓度增大时,可以增大低氧2的DO值,增大厌氧段体积,同时增加排泥量使污泥龄维持在13d左右。进水C/N变化时,控制参数为DO、HRT、SRT、出水回流和投加碳源。进水C/N减小时,可以减小低氧3和好氧的DO值,若C/N减小的幅度较大则考虑外部投加碳源；进水C/N增大时,可以增大各池体积,使各段HRT增大,同时增加低氧2和好氧的DO值,若C/N增大的幅度较大则考虑出水回流。根据模型模拟结果及调整策略,调整试验装置的工艺参数,系统实现稳定运行,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。基于研究结果,开发了改良型A2/O工艺过程模拟与控制软件。当进水温度、流量或水质变化时,可利用该软件进行过程模拟,获得运行参数调整方案。改良型A2/O工艺耦合了同步硝化反硝化和反硝化除磷技术,在达到良好的脱氮除磷效果的同时,具有节能及碳源消耗量低的特点,是一种适合低碳氮比生活污水处理的工艺。