多段多级A/O脱氮除磷工艺，是一种新型的污水处理工艺，它取消了内部回流，大大降低了能耗。由于试验成本较高，一般依靠经验来控制污泥龄和污泥浓度，缺乏科学的改进措施。本文利用计算流体力学技术，结合多相流模型和离散相模型，对工艺进行模拟计算和优化，主要研究内容及结论如下：（1）针对反应池气-液界面的计算问题，提出了刚盖假定，通过计算验证了假定的可行性，避免了大气与液面的复杂模拟过程。（2）利用Mixture模型对反应池中污水-污泥两相流进行模拟，计算了反应池的流动情况和污泥浓度分布情况，研究了流场与污泥分布之间的关系。使用离散相模型模拟气泡的运动，分析了曝气对反应池流场的影响。（3）分别对厌氧区、好氧区和缺氧区的流场和污泥分布进行分析，确定优化的重点在于厌氧区和缺氧区。（4）以厌氧区为代表，对其导流板布置进行优化设计。提出了污泥停留时间分布指数和污泥浓度分布指数两个量化评价指标。对不同优化方案进行模拟计算，并利用指标评价模拟结果，得出最优方案。将厌氧区所得结论推广至缺氧区，从而提出了整体工艺的优化方案，即厌氧区和缺氧区的所有导流板，均向远离入口的方向移动0.5m。