目前巢湖水域污染主要来源于氮、磷过高引起的水体富营养化。由于污水处理厂出水营养元素对水体污染的影响比任何非点源都要强,因此现今的城镇污水处理厂无论设计或者改造都注重于氮、磷的去除。而我国南方城市污水水质具有低碳,高氮磷的特点,传统处理工艺由于碳源不足,脱氮除磷效果较差。因此本课题在此基础上提出了厌氧区碳源分流多级A/O处理工艺,为处理低碳源污水提供理论依据以及实践基础。通过探索试验以及A~2/O运行阶段进行研究,发现其A~2/O工艺对于氮、磷的去除均不理想。A~2/O工艺好氧段后半段对于污染物的去除帮助甚微,COD在好氧段由于曝气被大量无谓消耗,碳源没有得到合理优化利用,因此需对A~2/O工艺组成进行改造,提升碳源使用效率以及使得所有区域均得到合理有效利用。在A~2/O工艺经过改造后的厌氧区碳源分流多级A/O工艺中分别考察流量分配比、内回流位置、污泥负荷、碳氮比碳磷比对于污水处理的影响,在系统最优流量分配比为厌氧区75%:25%分流,该工况下出水COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为21 mg/L、0.64 mg/L、14.21 mg/L、0.89 mg/L,基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A要求。流量分配比对于COD、氨氮去除基本没有影响,对于总氮、总磷去除影响较大,最佳流量分配比为75%:25%。内回流位置在消氧区更有利于整体脱氮除磷处理效果的提升。进水COD以及氨氮污泥负荷还有很大的提升空间,控制总氮负荷率在0.04kgTN/(KgMLSS·d)对于TN的处理效果有较好的提升。随着C/N比率以及C/P比率的不断增加,出水总氮浓度以及总磷浓度呈现出下降的趋势。缩短SRT不利于COD和总氮的去除,在一定程度上有助于总磷处理效果的提升。通过对活性污泥动力学进行研究,发现外加碳源对于反硝化测定速率有较大影响,通入氮气则几乎没有影响。试验中还原1 mg硝酸盐所需COD的量大于理论值。碳源、SRT以及好氧池停留时间是制约着除磷效果好坏的重要因素,该工艺所培养出的活性污泥有着反硝化除磷的能力,可以通过进一步研究提升除磷效率。通过对不同运行阶段活性污泥进行了荧光定量PCR分析,发现Candidatus Accumulibacter TYPE II型中的分支C所占TYPE II的比率最高,是活性污泥生物除磷的优势菌种,今后应加强对其研究,提升除磷效率。活性污泥中AOB和Nitrospira丰度数量级一致,AOB浓度较高,出水氨氮浓度较好,同时Nitrospira对于总氮的去除具有更好的提升效果。