水环境污染已成为全球性的危机，污水排放标准的日益严格使得开发经济高效、管理方便、节能降耗符合可持续发展的新型脱氮除磷工艺势在必行。本研究在A2/O-BAF(Biological Aerated Filter)工艺的基础上，提出了一种改良型双污泥脱氮除磷工艺——A2/O-生物接触氧化(Biological Contact Oxidation，BCO)，通过长短泥龄分离，使聚磷菌和硝化菌分别处于最佳的生长条件，充分发挥了两者的优势，实现了以反硝化除磷为主的节能降耗和深度脱氮除磷。　　BCO反应器采用孔隙率较大的悬浮填料，克服了BAF单元的诸多缺陷，不存在水头损失，避免了堵塞反冲洗问题，节省了能耗和运行维护费用;采用三段串联的运行模式，将完全混合与推流式相结合，实现了NH4+-N的高效氧化和硝化菌菌群结构的优化;廊道式的格局利于系统的一体化构造，尤其适用于新建污水处理厂以及旧污水处理厂的升级改造。本论文以低C/N污水为研究对象，通过长达两年多的试验研究，进行了反硝化除磷性能的宏观优化以及脱氮除磷机理的微观探索，主要研究内容和结论如下:　　(1) BCO反应器在无需投加接种污泥的情况下20 d挂膜成熟，串联三段的生物量和生物膜厚度逐渐降低，且三段串联的运行方式初步实现了硝化菌的逐步筛选和富集。基于DO、pH和ORP等实时控制参数的联合调控促进了A2/O-BCO系统的快速启动和稳定运行。　　(2) A2/O-BCO系统中，水力停留时间HRTs对强化反硝化除磷效果和防止二次释磷发挥着重要作用，硝化液回流比Rs和容积分配比Vs对COD去除效果影响不大，但Rs改变了缺氧区的NOx--N负荷，对TN去除率影响显著;而Vs的变化同步改变了PHA的储存利用和NOx--N负荷，影响氮磷的同步去除效率。A2/O-BCO系统被证实为一种经济、高效、可持续发展的绿色工艺，但是实际工程应用中，各工艺参数的优化要建立在平衡污染物去除效率和运行费用的理念之上。　　(3)通过水力停留时间HRTs，硝化液回流比Rs、容积分配比Vs等工艺参数的优化，A2/O-BCO系统实现了PAOs和DNPAOs的逐步富集，经过410 d的连续运行，DNPAOs的百分比含量从接种污泥时的0.37％增加到24.88％，菌群结构的变化促进了微生物代谢活性的增强以及反硝化除磷性能的强化。但是有关污泥浓度低、水力冲击负荷大、功能菌尚不能高度富集等问题仍待解决和完善。　　(4) A2/O反应器可实现碳源的高效利用，且绝大多数有机物是在厌氧区去除，厌氧区约75％的COD用来合成PHA;缺氧区外碳源的匮乏促进DNPAOs利用内碳源进行反硝化除磷，PHA的利用率超过70％，同时为后续BCO反应器硝化菌的富集生长奠定了基础。　　(5) A2/O反应器沿程降解过程中，水中溶解性有机物(DOM)以蛋白质、多糖和DNA为主，且类蛋白物质占主导地位;不同工艺二级出水中的难降解成分也基本以蛋白质、多糖、DNA三类物质为主，但多糖组分占据绝大比例，同时生物膜工艺可进一步降低出水DOM含量。　　(6)反硝化除磷过程使得污泥含磷量增加，改善了污泥沉降性，SVI值保持在65 ～ 87 mL/gMLSS，污泥粒径d50为168.53 μm，远远高于传统A2/O工艺和分段进水工艺。A2/O反应器采用较长的厌氧/缺氧反应时间策略，一定程度上抑制了丝状菌的生长，EPS对优化污泥结构、改善污泥沉降性起到了重要作用，同时较高的PN/PS比值(4.18 ～4.54)有利于促进污泥聚集。　　(7) SBR反应器在缩短沉降时间、增大曝气量导致的较高水力剪切力的联合作用下，改变了污泥的表面特性。累枝虫依靠柄附着于颗粒污泥表层，在EPS、丝状菌的共同作用下，加速了颗粒污泥的形成;EPS改变了颗粒污泥表面的疏水性和表面电荷，PN/PS从2.61增加到6.16，优化了微生物的聚集状态。SEM图片表明颗粒污泥外观呈椭球形或球形，结构饱满致密且生物活性高。　　(8)温度、NH4+-N浓度和DO浓度在不同程度上影响了生物膜的硝化特性，温度修正系数的求解体现BCO反应器对低温具有较好的抗冲击性;相比NH4+-N浓度，DO浓度变化对硝化性能影响更为显著;基于Monod方程，通过串联三个格室的对比分析，为工艺运行提供了动力学参数。　　(9)通过批次试验，考察了厌氧反应时间、缺氧反应时间和不同电子配比对反硝化除磷的影响，厌氧反应时间主要影响PHA的合成量，而缺氧反应时间主要通过比吸磷速率和比反硝化速率的不同来改变脱氮除磷效率;NO2--N浓度的增加对吸磷的抑制作用强于反硝化，且长期以NO3--N作为电子受体的反硝化除磷污泥，很难在短时间内适应NO2--N的冲击。　　(10) UPGMA聚类分析体现了A2/O-BCO工艺双污泥系统的本质，Shannon 指数和OTUs值阐释了各样品的多样性和丰富度，且经过两年多的连续运行，系统中各样品的菌群结构与接种污泥差别较大。　　(11)基于反硝化除磷的实现，Accumulibacter-PA Os从接种污泥时的0.14％增加到14.98％，Dechloromonas含量从0.96％增加到10.76％，Competibacter-GAOs的含量仅占5.74％。BCO反应器中三段串联的运行模式实现了硝化菌的富集，总硝化菌(包括Nitrosomonas和Nitrospira)的百分比分别为13.10％，21.33％和31.10％。此外，Anaerolineaceae，Thauera，Pseudomonas等菌属的变化也直接或间接地促进了反硝化除磷过程。