污水处理属于能源密集型行业,典型城市污水处理厂的耗用主要包括电耗和药耗两方面,而药耗主要体现在外碳源投加和化学絮凝剂使用上。对于低C/N进水的污水处理厂,其生物脱氮除磷过程所需有机物不足,需要消耗更多的外碳源和化学除磷剂以使出水指标满足排放标准,这一点在低温月份显得更加突出。本研究针对重庆某污水厂脱氮除磷能耗较高,尤其是在低温月份处理成本会进一步增加的问题,通过现场调研和中试试验对二级处理工艺进行优化,提高了系统脱氮除磷效率,使出水水质稳定达标,并实现了节能降耗。首先,对该污水厂运行现状进行诊断分析,并在此基础上提出了二级处理流程优化路径。诊断分析结果表明,污水厂进水有机物不足,处理过程需要补充约40 mg COD/L的碳源,TN主要在缺氧段被去除,去除百分比达84.9%。氨氮主要在好氧段被去除,但由于回流液中溶解氧对缺氧段的冲击,导致氨氮在缺氧段也存在27.3%的去除百分比。活性污泥系统生物除磷效果较差,主要靠同步沉淀进行化学除磷,且回流污泥中含有大量有效除磷剂,能在缺氧前端与进水混合时贡献约61.4%的溶解性正磷酸盐（SOP）去除百分比。针对上述问题,提出了好氧后段渐减曝气、多点进水以及主流混合液发酵（Un-mixedin-linefermenters,UMIF）等优化路径,同时拟通过对比试验优化药剂使用。其次,依据提出的优化路径在处理量为25 m3/d的中试装置上开展了 AAO工艺优化研究。试验结果表明,在水温18℃以上时,好氧后段渐减曝气的运行方式能取得良好硝化效果,出水氨氮浓度在1mg/L以下,同时也能减少回流对前端厌缺氧环境的影响,温度更低就不再适用。多点进水的UMIF模式能增强系统脱氮除磷效率,在外加乙酸钠（约合20.3mg COD/L）条件下,脱氮率为69.8%,除磷率为82.9%,优于倒置AAO模式56.7%和70.4%的脱氮除磷率,工艺优化后除TP外的主要指标均稳定达到一级A排放标准。微生物群落结构表明各阶段的污泥系统均以Caldilineaceae这类反硝化除磷细菌为主,且UMIF模式的前端混合液发酵能明显增加Caldilineaceae细菌的丰度。最后,针对工艺优化后TP还不能稳定达标的问题,开展了污水厂化学辅助除磷策略研究。通过批次试验得到除磷剂聚合硫酸铁（PFS）的前置沉淀半经验投药模型,分别是 PFS-TP:Cp/CP0=0.0851+0.9285·e-0.9068·β和 PFS-SOP:CP/CP0=0.0211+0.9995·e-0.4044·β,同时也得到同步沉淀的参考投药量。随后在中试装置上以35 mg/L的PFS原液投加量进行了半个月的同步沉淀运行,试验结果表明,出水中COD浓度为15.6～18.5 mg/L,NH4+-N浓度为0.84～2.16mg/L,TN浓度为9.7～12.1 mg/L,TP浓度为0.19～0.32 mg/L,主要污染物出水浓度均稳定达到一级A排放标准。综上所述,对处理工艺和药剂投加策略的优化,提高了系统脱氮除磷效率,使出水水质稳定达标,同时除磷剂和碳源的使用成本分别降低了 29.8%和10.5%,为该污水厂以及地区内相似处理工艺污水厂的高效稳定运行提供了依据。