越来越多的资料显示城市污水中氮、磷的含量是导致水体富营养化的主要原因之一，使得污水生物除磷脱氮技术一度成为研究的热点。传统生物除磷脱氮工艺包括好氧池、厌氧池、缺氧池、沉淀池、污泥回流系统以及混合液回流系统等，工艺复杂，操作麻烦，运行费用高。同时传统生物除磷技术主要是通过排出高含磷污泥的方式达到从污水处理系统中除磷的目的，因此，除磷效果与富磷污泥的含磷率及剩余污泥的排放量(污泥龄)有关，且短的污泥龄是保证系统良好除磷效果的前提。然而，短泥龄不仅意味着大量的富磷剩余污泥需要处理，增加污水处理厂的投资和运行费用，而且短的泥龄直接影响硝化效果进而使脱氮效果降低，使得常规生物除磷脱氮工艺很难同步达到较好的除磷和脱氮效果。在富磷剩余污泥处理过程中，污泥吸附的部分磷会释放到污泥上清液中，若不能有效的处理，将造成磷的二次污染。论文针对现有污水生物除磷脱氮工艺中硝化与除磷之间污泥龄的矛盾关系，开发了以排出富磷水为主要除磷途径的新型一体化立体循环污水生物除磷脱氮反应器，该反应器的特点是：(1)以收集富磷水的方式达到除磷目的，减小了污泥龄对除磷效果影响，实现了长污泥龄条件下的生物除磷；(2)利用独特的水力条件实现混合液及污泥自动回流，节省了常规工艺中用于污泥回流的设备和运行能耗；(3)采用组合式结构，将厌氧、好氧、缺氧及泥水分离组合在一个反应器内，整个系统结构紧凑，占地小，投资省，操作方便，是中小城镇及城市小区污水处理的新工艺。 论文以城市生活污水为处理对象，对一体化立体循环污水生物除磷脱氮反应器进行了实验室小试及现场中试研究，考察了反应器脱氮除磷效果及稳定性、厌氧释磷与好氧吸磷之间的关系以及脱氮除磷的影响因素等。在SRT=21-60d、污水碳氮比大于6、碳磷比大于60、TN负荷为0.030-0.050kgTN/kgVSS·d和TP负荷小于0.006kgTP/kgVSS·d的条件下，出水TN小于20mg/L,TP小于2mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级要求。 通过与常规污水生物同时除磷脱氮工艺的对比，对一体化立体循环污水生物除磷脱氮反应器的经济可行性进行了评价分析，结果显示在相同进出水水质的条件下，一体化立体循环污水生物除磷脱氮反应器比常规A2/O工艺的总水力停留时问短，因而可以节省工程投资，同时节省单位能耗.12.0％-43.6％。