好氧颗粒污泥（AGS）是微生物自絮凝形成的特殊结构的生物聚集体。AGS具有结构紧凑、外形规则、沉降性能好、生物强度高等优势,是一种极具前景的新兴污水生物处理工艺。厌氧/好氧/缺氧（A/O/A）模式下的同步硝化反硝化结合生物除磷的同步硝化反硝化除磷（SNDPR）工艺因为针对进水中以氨氮为主要氮源的城市污水具有良好的处理效果而受到越来越广泛的关注。好氧颗粒污泥的形成过程非常复杂,形成机制尚不清晰,其在处理低负荷污水时的稳定性有待考察。本研究系统研究了AGS-SNDPR系统的启动和长期稳定运行,研究AGS的形成过程及机制,阐明A/O/A模式下系统同步脱氮除磷的特性及途径,探索强化系统氮磷去除的几种不同策略,同时考察AGS系统长期静置及恢复的特性和机理。主要研究内容和研究结果如下:在A/O/A运行模式的SBR反应器中采用逐步缩短沉降时间的方式实现AGS的形成,重点考察了AGS的形成过程和机制。在A/O/A运行模式的SBR反应器中采用0.3 kg COD/（m³·d）的低有机负荷,逐步缩短沉降时间从20 min至2 min的过程中形成小米粒状的黄褐色颗粒污泥,成熟的颗粒污泥平均粒径为1.2 mm,比重1.021,SVI₃₀为32 mL/g。污泥颗粒化过程中微生物丰度和多样性都有所增加,Xanthomonadales_norank逐渐富集并占据优势地位。AGS的形成是在特定的理化条件下各种微生物共同作用的结果。对AGS-SNDPR系统的长期稳定运行和典型周期内污染物浓度随时间的变化定量分析,解析了系统同步脱氮除磷特性及去除机理。长期运行结果表明系统具有良好的有机物和氮磷去除效果,好氧段的SND是主要的脱氮途径,强化生物除磷（EBPR）（包含厌氧释磷和好氧吸磷）是主要的生物除磷途径,缺氧段的后置反硝化及反硝化除磷作用是强化生物脱氮除磷的必要设置。Proteobacteria门,Alphaproteobacteria纲和Flavobacterium属是好氧颗粒污泥系统中最主要的微生物。首先研究了曝气时长对AGS-SNDPR系统的影响及其强化颗粒污泥生物脱氮除磷的可行性及作用机制。随着曝气时长的降低（120-60 min）,好氧颗粒污泥可以维持结构完整性和沉降性能,SNDPR系统的有机物和磷去除效果良好（>90%）,好氧段的SND比例和缺氧段的内源反硝化作用的增强使得脱氮效率从64.29%提高到71.81和86.18%。曝气时长的降低可以大幅度降低系统中的聚糖菌（GAOs）含量并且提高聚磷菌（PAOs）、反硝化聚磷菌（DNPAOs）和氨氧化菌（AOB）的含量。通过逐步减低系统运行的表观气速,探讨通过降低表观气速来促进微生物脱氮除磷的可行性及强化机制。颗粒污泥的沉降性略有降低,但是仍能够维持长期稳定运行,系统除磷效果始终高于90%,而好氧段的SND和缺氧段的亚硝酸盐累积率（NAR）的增加强化了脱氮效率（从63.71、76.87提高到94.12%）。系统中AOB的富集和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的抑制,以及GAOs含量降低而PAOs得到富集都是系统在低表观气速条件下节约碳源强化脱氮除磷做出了贡献。最后尝试了通过碳源种类的改变来调节AGS-SNDPR系统中碳源的利用效率,从而促进系统的脱氮除磷效能。结果表明葡萄糖比例不宜过高,乙酸钠:葡萄糖为3:1时颗粒污泥的稳定性和SNDPR系统的效果达到最高,而这些都是通过不同比例的乙酸钠和葡萄糖作为混合碳源对系统的有机物利用效率的调节决定的。较高浓度的乙酸钠比例有利于系统中有机碳源的有效利用从而提高内碳源转化效率,促进厌氧释磷和好氧吸磷,强化好氧段的SND以及缺氧段的内源反硝化。从微生物的角度看主要是调节了系统中主要功能微生物如GAOs/PAOs等的生长和竞争关系。好氧颗粒污泥的储存和恢复性能的研究对颗粒污泥工艺的应用具有实际意义。好氧颗粒污泥SNDPR系统经历长达58 d的静置后AGS仍能维持结构稳定,重新恢复启动后系统在约16 d即能完全恢复。AGS在长期厌氧和饥饿条件下启动了疏水性保护机制,相对疏水性（RH）、胞外聚合物（EPS）含量（特别是蛋白质（PN））都大幅度提高;同时颗粒污泥分泌出过量的EPS用于结构保护和用作碳源物质。高通量测序结果表明多种能够耐受厌氧和饥饿环境的厌氧和兼性微生物是颗粒污泥长期静置和快速恢复的微生物机制。