当前,水环境污染的压力对污水处理厂的处理效率提出了更高要求。采用传统活性污泥工艺的污水处理厂,可以实现对BOD5和COD的良好处理效果,但对氮、磷的去除效果则相对较差。其中,对氮素的去除效率为20%-50%,对磷素的去除效率为20%～30%,出水中总氮与总磷的含量超过了能引起水体富营养化的临界浓度。所以,污水处理厂应该实现对COD、TN、TP等有机污染物进行综合性高效处理。在污水处理的多个流程中,能耗、污水处理池的占地面积、污泥二次处置等问题比较突出,制约着污水处理厂的提质增效。基于现有运行的污水处理厂在运行过程中所面临的压力和困境,进行了下述研究：首先,以某地区城市生活污水为研究对象,考察了低溶氧条件下的A/O工艺对污水中的污染物的处理效果。其次,以市售的磁粉为原料,进行了改性的磁性药剂的制备原理的分析和相关的小试研究,并核算了该磁性药剂的生产成本。最后,在反应池内投加改性的磁性药剂,比较了投加改性磁性药剂前后A/O工艺处理各污染物的效果,分析了改性磁性药剂对污水的处理效率的影响,研究了改性的磁性药剂对二沉池污泥的减量效果、反应池中的污泥沉降性能及抑制污泥膨胀现象的发生等的影响效果。主要研究结果如下：(1)开展了A/O工艺在低溶氧的环境下处理生活污水的中试研究。经过污泥的培养、驯化等阶段,完成了试验的前期工作。在试验期间,对反应池中低溶解氧区的溶解氧进行24小时不问断监测,始终维持反应池中低溶解氧区的溶解氧在0.5～0.8 mg/L左右。在中试研究阶段,每天对反应器的进、出水取样,分析污水中的COD、NH3-N、TN、TP等污染物的变化情况。中试结果表明,在反应器好氧池的溶解氧含量较低的条件下,系统对COD、NH3-N、TN和TP的平均去除率可以达到68%、55%、51%和44%。上述结果表明,在较低溶解氧的条件下,选择较好的处理工艺并优化工艺运行参数,可以达到对各污染物较好的处理效果。(2)经过对国内外相关的磁性药剂的制备、改性等的研究,开发了利用浓硫酸、普通的磁粉制备改性磁性药剂的工艺。利用改性的磁性药剂、聚氯化铝进行物化作用去除污水中的污染物的小试研究。实验结果表明,随着药剂的增加,投加两种药剂后的污水中剩余的COD、 TP含量均呈下降趋势。尽管磁性药剂对COD、TP的去除效果未能同PAC一样好,但考虑到改性的磁性药剂可利用磁鼓分离器进行回收,因此,使用改性的磁性药剂可大大降低药剂的使用成本,减少污水处理的资金投入。利用变性梯度凝胶电泳技术分析了投加改性的磁性药剂对活性污泥微生物种群的影响。结果表明：改性的磁性药剂会对微生物丰度产生影响,对部分的微生物起到积极的促进作用,而对部分的微生物会起到抑制作用。此外,对磁性药剂的生产成本进行了核算,发现其成本与市售的PAC基本持平,具有一定的竞争优势。(3)保持前阶段中试过程反应池各运行条件、参数不变,在反应池内投加改性的磁性药剂。实验结果表明,反应器对COD、NH3-N、TN和TP的平均去除率可以达到81%、80%、69%和70%,与投加改性的磁性药剂前的反应器相比,去除率分别提高了19%、45%、35%、59%。(4)针对污泥沉降性能的试验研究表明,投加磁性药剂后的污泥的沉降性要好于未投加改性的磁性药剂的污泥。在实际应用中,较好的污泥沉降性可以避免因污泥膨胀的带来的飘泥现象,减少污泥的流失,提高反应器内的污泥浓度。(5)对反应池投加磁性药剂前后的剩余污泥排放量进行了比较分析。结果表明,在投加改性的磁性药剂后,排泥时间相比于投加磁性药剂前减少了47%,大大减少了排泥量。分析结果表明,改性后的磁性药剂可以显著的减少剩余污泥的排泥量,降低污泥的处置成本,大大缩减污水的处理成本。