针对我国水资源短缺和水体富营养化等问题，以及国家和地方政府日益严格的污水排放标准，采用“小试研究—中试放大—工程应用”的研究方法，在A/O分段进水脱氮工艺的基础上开发了改良UCT分段进水脱氮除磷工艺，旨在强化分段进水工艺的同步深度脱氮除磷性能。为我国城市污水处理厂建设和运行提供新的工艺和技术，为实现深度脱氮除磷提供可行方法与技术支持，对于遏制缓流水体富营养化问题具有重要的作用。　　改良UCT分段进水工艺性能试验在北京市高碑店污水处理厂开展，以实际城市污水为原水，通过对工艺影响因素的优化探索，形成了完整的改良UCT分段进水工艺运行策略与控制方法，建立了工艺耦合反硝化除磷技术和短程硝化反硝化技术的方法及其机理分析，并且研究了实现深度脱氮外加碳源条件下的反硝化特性，最终成功应用于青岛城阳污水处理厂达一级A排放标准的升级改造工程。　　全面研究了改良UCT分段进水工艺处理城市污水的氮磷去除特性，探索了最佳的运行参数和运行模式，以及低温条件下的调控策略。结果表明，工艺最佳运行条件分别为:流量分配比40％∶30％∶30％，污泥回流比100％，内回流比75％，HRT8 h左右，SRT10 d左右。合理调整HRT(8～10 h)可解决冬季低温条件下(16.5-19.2℃)系统脱氮恶化的问题。　　基于质量守恒定律，建立了系统氮、磷和碳(COD)的物料衡算公式，并分析了污染物的去除途径。结果表明，反硝化和释磷过程利用的COD占总去除量的62.1％，体现了工艺充分利用原水碳源的优势;反硝化脱氮作用（包括缺氧反硝化和好氧区同步硝化反硝化）是氮去除主要途径，占67.1％;磷去除主要依赖于排放的剩余污泥，约占71.7％。　　提出了工艺强化和维持反硝化除磷的调控策略:通过厌氧池ORP(-400～-150 mV)控制调节内循环比（最佳为75％）;通过缺氧出水硝酸盐浓度(1～2mg/L)控制污泥回流比在100％左右;通过厌氧释磷量和出水COD调节厌氧/缺氧/好氧池体积分配，各段最佳体积比为1∶1∶2，厌氧/缺氧/好氧区的最佳总体积比为1∶3∶6;根据进水碳氮磷比调整各段进水流量分配比。　　小试试验和数学模型拟合均表明，交替缺氧好氧运行模式下氨氧化菌（Ammonia-oxidizing bacteria AOB）和亚硝酸盐氧化菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)活性分别受到短暂的增强和抑制作用。基于此，阐述了在改良UCT分段进水工艺中实现和维持短程硝化反硝化的方法和机理。缺氧好氧交替的模式下，AOB经过缺氧阶段进入好氧环境后，其生长速率会暂时增加，而NOB则暂时减小。因而在分段进水工艺长期的缺氧好氧环境中，AOB不断富集增长，而NOB逐渐被淘洗掉，最终实现稳定的短程脱氮。此外，分段进水工艺的及时高效缺氧区反硝化作用也有利于系统短程脱氮的稳定维持。　　建立改良UCT分段进水工艺进水负荷动态变化控制系统。该系统利用控制模块实现进水呈正弦波或脉冲式变化，模拟实际污水处理厂进水的时变性和日变性。可调节的变化参数主要有:正弦波周期（进水变化时间）、正弦波振幅（最大与最小进水量）和正弦波初相角（进水变化幅度）。　　进水量呈正弦波或脉冲变化，系统DO可瞬时响应变化，而出水NH4+-N、NO3--N响应时间滞后约3.5 h，磷滞后4.0 h左右。此外，0～60 mg/L的苯酚冲击对系统COD去除影响不大，出水苯酚低于检测限(＜0.1mg/L)，且暂时性的抑制硝化过程，但经驯化后硝化性能可完全恢复。随着系统苯酚浓度的增加，出水NO3--N浓度逐渐降低，NO2--N不断升高，试验结束时NO2--N积累率达50.3％。　　采用分段进水工艺对青岛城阳污水处理厂二期A2/O工艺进行升级改造，主要将生物反应池调整为分段进水工艺模式。具体的措施包括:调整为3个分段进水管路;在第2个和第3个好氧段投加悬浮填料，强化冬季硝化性能;取消硝化液回流设施;调整相邻池体的通道尺寸，避免返混现象对缺氧段反硝化性能的影响。改造后出水COD、NH4+-N、TN和TP浓度分别为43.2 mg/L、1.78mg/L、14.2 mg/L和0.57 mg/L，满足国家城市污水一级A排放标准。　　Monod单分子一级动力学拟合结果表明，苯酚短期冲击作用下对短程污泥AOB活性的抑制作用属于可逆性抑制。而苯酚对SBR系统长期冲击影响表明，系统硝化作用在低苯酚浓度(0-30 mg/L)条件抑制后通过自身结构调整可恢复至正常水平，但较高浓度(60-90mg/L)的苯酚毒性则使微生物结构受到不可逆破坏。此外，苯酚抑制作用使得系统逐渐富集AOB，淘汰NOB，实现短程脱氮。　　T=28±2.0℃条件下，不同碳源系统反硝化过程均出现明显的NO2--N积累现象。由于NO3--N还原酶对电子的竞争能力大于NO2--N还原酶，导致反硝化过程前期产生NO2--N的积累现象。反硝化过程中的pH和ORP变化规律，可以很好地表征NO2--N积累的特征点，通过pH和ORP变化曲线的第二个拐点可指示反硝化过程的“真正”结束。