本课题借助江苏省宜兴市新建7.5万吨城市污水处理厂,针对其改良型AAO工艺,在常规运行的基础上,深入研究该工艺深度脱氮技术及机理,为工艺优化运行提出参考。通过对全年进出水COD、TN分析可知,该污水厂全年进水水质受季节变化和工业的周期生产影响较大,主要表现为冬浓夏淡,春季多波动的特点。在冬季低温条件下污泥浓度的提高对出水有明显的帮助。对常温和低温全流程脱氮贡献度分析可知,氮的去除总量依次为缺氧区、前置缺氧区、后缺氧区、厌氧区,脱氮效率较高的单元为前缺氧和缺氧区。后缺氧区作为工艺的强化脱氮功能区,脱氮贡献和效率存在明显不足。针对工艺脱氮分析评价,提出全流程关键点与关键指标的识别与控制,优化运行中碳源利用与分配,为污水厂提标优化提供参考。对常温低温条件下微生物测序分析可知,优势菌属的多样性和丰度表现出一定的相似性。其中门水平上优势菌属主要包括变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门等。属水平分析中发现了大量已被报道的核心菌属,其中包括一些功能性菌属如硝化菌属、反硝化菌属、水解菌属等。这些菌属在不同环境及温度中保持着相同的功能特性,对构建关键性菌属的识别有一定的参考意义。脱氮微生物中共发现了3种硝化菌属,23种反硝化菌属,包含有异养菌属、自养菌属、及好氧反硝化菌属等,也存在对某些特定物质具有去除作用的反硝化菌属,如Denitratisoma、Dechloromonas等。全流程微生物群落对比分析,发现一些特定微生物在不同环境因子中存在变化,如鞘脂杆菌、Blastocatella菌等,通过利用菌属在不同环境因子中丰度的变化,有效控制工艺操作条件,可达到节能优化的运行效果。同时对一些环境因素敏感的菌属在污水处理方面的研究也有一定的参考意义。中试实验对改良型工艺的进水分配、多点回流、HRT等关键点进行研究,同时对后缺氧碳源投加,及双缺氧强化脱氮效果进行验证。结果表明:前缺氧和厌氧进水比为3:7时较为合理,当外回流硝氮浓度低于8mg/L时可调整至2:8。后缺氧配水使硝氮浓度下降氨氮浓度升高,对总氮改善效果不佳;多点回流运行效果并不理想,缺氧段硝酸盐氮的平均去除率由74.90%降低至53.21%,可能由于破坏缺氧区的溶解氧水平,使异养菌消耗碳源从而降低脱氮效果;缺氧区停留时间的增长对脱氮存在一定的帮助,末端有可能因碳源匮乏而产生內源反硝化,节省碳源。后缺氧区在投加20mg/L的乙酸后,总氮平均浓度降低2.95mg/L,碳源平均有效利用率为47.19%。双缺氧段同时投加20mg/L的乙酸,出水TN平均浓度可以达到3.17mg/L,单位吨水成本上升至0.08元/吨,为污水厂运行提供借鉴。