近年来,随着GDP迅速增长、人们生活水平提升,我国生活用水量急剧上升,这就导致了我国污水排放量急剧上升和水体富营化问题。城镇生活污水处理已变成政府急需解决的问题,如何经济高效地处理城镇生活污水是现在研究的一个热点和难点。而传统意义上的污水处理工艺往往存在着诸如碳源、污泥龄、运行管理水平等各种矛盾与问题,且由于污水生物处理系统常常面临着剧烈的外部因素扰动,且其中微生物菌群及其所发生的生化反应、系统运行参数、最终处理效果之间关系均是非常复杂的,仅仅依靠经验判断和人工操作,很难解决其间所发生的矛盾及使污水处理厂运营成本尽其所用。因此,如何改善现有污水处理厂运行性能、降低运营成本,使其稳定、高效、经济运行,对我国现阶段污水处理厂发展具有巨大指导意义。针对生活污水多组分多变量处理的要求,并依据微生物特性,本实验对现有污水生物处理系统进行升级改造,构建了两级厌氧-两级兼氧-四级好氧的生活污水生物处理中试装置,且对其实行过程控制,将物联网技术应用于污水处理系统中,以此来解决污水处理工艺中各种矛盾及问题,本实验进水为实际生活污水。根据A~2/A~2/O~4系统特性,详细分析了系统对污水中COD、TN、NH4+-N、TP去除效果情况,其平均去除率分别为85.46%、75.13%、91.~24%、86.~27%,去除效果较好。并探讨了COD及各种形态氮在各个池子内的沿程变化情况,获知COD在厌氧段去除~23.13%,兼氧段去除~27.46%,好氧段去除~20.55%,其他方式中(如二沉池对COD的去除和吸附在污泥中的COD)去除14.3~2%。探究了A~2/A~2/O~4系统中DO浓度、pH、ORP、混合液回流比、污泥回流比的变化对污水中各类污染物指标的影响。依据A~2/A~2/O~4系统特性,确定系统中控制目标、控制参数、控制变量,可控参数有pH、ORP、DO,可控变量有混合液回流量、污泥回流量、曝气量。通过DO传感器、pH传感器和ORP传感器在线得到各池各阶段的溶解氧浓度、pH值和氧化还原电位值,进而调节各点曝气量、污泥回流量和混合液回流量,实现各段DO、MLSS和ORP的过程控制,创造可调控生境,进一步实现各段COD和氮磷去除的过程调节。并探讨了可控参数作为系统过程控制参数的可行性,以及可控变量作为系统过程控制变量的理论基础及建立相应控制策略。最后,为了更好了解A~2/A~2/O~4系统中各类污染物降解进程、便于建立过程控制模型、提高系统运行效率,依据大量实验数据,拟合出了相关速率方程。