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A2/O工艺是城市污水处理厂应用最为广泛的生物脱氮除磷工艺。在该工艺中，硝化、反硝化、释磷和吸磷等多个生化反应在同一个污泥系统中进行，而不同生化反应对基质及控制参数等存在着各种矛盾关系，所以A2/O污水处理系统很难同时获得较高的脱氮除磷效率。本文是以A2/O工艺中试系统的实际运行结果为基础，参照Johannesburg工艺对其进行改进，探讨改进后的工艺（Johannesburg）预缺氧池不同配水比对预缺氧池反硝化和系统脱氮除磷的影响，以确定最佳配水比。另外，对基于PLC技术的Johannesburg工艺中试系统的在线监控系统进行分析和评价，通过在线监控数据的分析实现处理系统的过程控制。主要研究结果如下：（1）通过回流污泥进入厌氧池中的硝酸盐氮是导致A2/O系统除磷效果不稳定的最主要影响因素。（2）无论是A2/O工艺，还是改进后的Johannesburg工艺，进水水质的波动及外界环境（温度）的变化对COD的去除产生的影响较小，出水COD比较稳定。而温度对脱氮过程影响很大，当混合液温度由25℃降至11.5℃时，氨氧化速率（AUR）和亚硝酸盐氧化速率（NUR）急剧下降，分别从8.27mg/gMLSS·h和6.49mg/gMLSS·h降至2.42mg/gMLSS·h和1.7/gMLSS·h，出水氨氮大幅上升，脱氮率持续下降。温度对系统硝化过程的影响使得进入厌氧池的硝酸盐氮浓度不同，系统除磷效果也因此受到影响。（3）通过对预缺氧池配水比（0%、10%、20%和30%）进行试验，得到最佳配水比为10%。在最佳配水比时，Johannesburg工艺的预缺氧池出水NO3--N＜2mg/L，污泥中PAO含量达到最大值，对应的厌氧释磷速率、好氧吸磷速率和反硝化吸磷速率均达到最大值，分别为6.94、3.17和2.12mg/gMLSS h，厌氧池中磷酸盐的最大浓度和污泥中最大磷含量可达到19.37mg/L和25.7mgTP/gMLSS。并且系统反硝化除磷性能得到强化，缺氧吸磷量占总除磷量的比例高达64.93%。（4）应用PLC技术进行过程控制具有灵敏度高、数据采集方便且可靠性好、操作简便和节省人力物力等优点。通过对在线监测信息的综合分析将中试系统好氧池2#的DO设定在1～1.5mg/L，ORP对厌氧池厌氧程度和厌氧释磷速率，释磷量的大小有很好的指示作用，根据进水氨氮的变化情况可以适当的降低供氧量，使好氧池末端氨氮浓度低于5mg/L即可，既减少了脱氮负担，又节约了运行成本。