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本研究采用一种新型的双污泥反硝化脱氮除磷工艺——A2/O-生物接触氧化(Biological Contact Oxidation,BCO),将聚磷菌和硝化菌分开培养,使得它们均能处于各自最有利的生长条件,在反硝化除磷过程中实现节能降耗,并能达到深度脱氮除磷的效果。而BCO反应器中微生物附着材料采用的是聚丙烯悬浮填料,N1、N2、N3三段串联运行,实现硝化反应的高效进行以及硝化菌菌群的筛选、菌群结构的不断优化;本研究先通过扬子津校区的低C/N比生活污水完成反应器的启动和试运行,之后采用人工配置的低C/N比废水,通过长期的运行和批次实验,对影响反应器碳源高效利用以及脱氮除磷效果的因素、作用机理以及微生物菌群结构进行探究,主要的研究内容和相关的结论如下:(1)BCO反应器在不添加活性污泥,依靠自然挂膜的情况下经过20 d左右挂膜基本完成,N1、N2、N3三段生物量和膜厚呈现差异性,每阶段逐渐降低,生物膜颜色有明显不同,最大生物量为993.26 mg/L,各阶段平均生物膜厚度为93.33 um、69.81 um和51.41 um,硝化菌以AOB为主;A2/O反应器活性污泥的沉降性能得到了较大的改善。SV 从 24%增加到了 33%,SVI 从 158 mL/g MLSS 下降到 97 mL/g MLSS,VSS/MLSS从0.60也逐渐增加到了 0.80。启动期间反应器最终可以实现COD、N和P的同步高效去除,COD、TN、的去除率分别为83.6%～96.5%和71.6%～81.6%,PO43--P的去除率波动较大,稳定后的去除率最高为100%。(2)乙酸钠、丙酸钠不同配比(乙酸钠、乙酸钠:丙酸钠=2:1、1:1、1:2、丙酸钠)的各阶段,COD的平均去除率在89.1%～92.1%,各阶段NH4+-N去除率在91.4%～100%,TN平均去除率分别为76.1%、80.7%、84.7%、82.5%和81.6%,碳源配比对COD的最终去除效果以及氨氮的去除效果影响不明显。但是对于厌氧COD吸收影响显著,厌氧段COD消耗量分别为155.0、154.8、239.5、206.3和204.6 mg/L。当乙酸钠、丙酸钠的配比为1:1时,厌氧段COD的吸收效果最好,此阶段释磷量达到最大为30.58 mg/L,但是除磷效果受多方面因素的影响还有待强化。(3)温度对释磷效果和反硝化脱氮除磷有很大的影响,比释磷速率(SPRR)、比反硝化速率(SDNR)以及比吸磷速率(SPUR)都随着温度的上升而增大,25℃时各项比速率分别为 18.8 mgPO43--P/(g MLSS·h)、11 mgPO43--P/(g MLSS·h)和 9.6 mgNO3--N/(g MLSS·h),此时除磷效果最好,磷出水浓度小于0.5 mg/L;比释磷速率和比吸磷速率受温度影响的温度系数分别为1.073和1.044。(4)SRT缩短到6 d后,出水P浓度从不能达标排放降低至几乎为0,基于EDS元素定量分析,缺氧污泥P的wt%为11.63%,同时PHB染色表明厌氧释磷阶段聚磷菌发生了 PHB的合成;Ploy-P染色表明缺氧阶段微生物大量吸磷。(5)外碳源COD和内碳源PHB、GLY的转化与C、N、P等基质的降解联系十分的紧密,各基质的变化过程体现了以反硝化除磷为主体的代谢途径。系统经过长期运行,DPAOs占PAOs的比例约60.71%～86.86%,远高于接种污泥的3.26%,其中乙酸钠:丙酸钠=1:1时DPAOs占比最高。(6)本研究中建立的COD去除动力学模型中,COD去除速率常数KAn≈0.00092 L/g·h,厌氧出水浓度计算模型为CAn=(Cinf+rCeff)/(0.00092XAntAn+1+r),最终出水浓度计算模型为 Ceff=((0.00092XAntAn+1+r)CAn-Cinf)/r。(7)经反应器驯化后的污泥其菌群多样性和丰富程度下降,但是菌群的富集程度增加。在 A2/O 反应器中 Pseudomonas、Dechloromonas、Thauera、Flavobacterium、unclassified_Rhodocyclaceae、norank_Rhodocyclaceae、norank_Acinetobact、Candidatus_Microthrix等具有反硝化聚磷功能的菌群在反应从接种污泥的3.63%分别上升为10.08%、13.09%、13.19%、12.51%、17.87%;BCO反应器3个格室中硝化菌总占比分别为 4.28%、28.30%和 17.61%;而 Thauera、Comamonaas、Zoogloea 和 Azospira等具有外源反硝化功能的菌群从初始的24.96%降至6.23%～13.58%。