随着更加严格的《城镇污水厂污染物排放标准》地方标准的相继颁布实施,研究针对现有城镇污水高标准处理工艺存在的工艺流程长、投加除磷药剂和碳源导致处理成本提高等突出问题,研发城镇污水长泥龄深度脱氮除磷技术。以中试规模的城镇污水AOA（Anaerobic/aerobic/anoxic）处理系统为研究对象,并设置对照组AAO（Anaerobic/anoxic/aerobic）反应器进行对比研究,重点探究了泥龄对城镇污水AOA系统处理效能和脱氮除磷路径的影响,在长泥龄AOA系统构建出多路径耦合的城镇污水深度脱氮除磷系统;对不同泥龄AOA系统污染物沿程降解规律、内碳源变化规律、硝化和反硝化关键酶活性、污泥中磷形态及组分含量进行分析,并利用16S r RNA高通量测序技术解析了系统除磷脱氮功能菌群,揭示了不同泥龄AOA系统脱氮除磷途径及微生物作用机制。同时,考察了C/N、供气量、污泥回流比、温度对系统效能及脱氮除磷途径的影响,得出了系统高效运行的关键工况参数,实现了城镇污水的高效深度除磷脱氮。研究主要得出如下结论:泥龄对城镇污水AOA系统脱氮除磷效能影响显著。泥龄30d的AOA系统处理效能较优,COD、NH4+-N、TN、PO43--P平均去除率分别为91.47%、97.27%、89.94%、96.67%,较AAO系统分别提高0.07%、0.36%、20.1%、5.3%;与泥龄15d系统相比,硝化速率提高38.1%,反硝化速率提高43.4%;关键酶AMO、NXR、NIR活性在泥龄30d时最高,NR、HAO酶活性则分别在泥龄15d、45d时达到最高。同时,泥龄30d的系统反硝化聚磷占比为48.4%,较泥龄15d系统提高49.4%。泥龄30d的AOA系统中脱氮除磷功能菌属主要有Rhodobacter、Nitrosomonas、Nitrospira、Terrimonas、Phaeodactylibacter、Hyphomicrobium、Candidatus＿Competibacter、Thauera、Tetrasphaera、Dechloromonas,功能菌属相对丰度较AAO系统大幅提高。AOA系统通过自养硝化、好氧反硝化、内源反硝化、聚磷菌除磷、反硝化聚磷等多种路径协同作用实现高标准脱氮除磷。进水C/N对城镇污水长泥龄AOA系统TN、PO43--P去除效能影响显著,对COD、NH4+-N去除效能影响不显著。16S r RNA测序结果表明,COD/TN分别为8、6、4的系统中,硝化菌属（Rhodobacter、Nitrosomonas、Nitrospira）相对丰度分别为2.62%、2.63%、2.67%;好氧反硝化菌属（Terrimonas、Phaeodactylibacter、Hyphomicrobium）相对丰度分别为4.27%、6.78%、4.90%;内源反硝化菌属（Candidatus＿Competibacter、Thauera、Dechloromonas）相对丰度分别为0.74%、1.27%、1.49%;聚磷菌Tetrasphaera相对丰度分别为2.76%、1.96%、1.47%;反硝化聚磷菌属（Dechloromonas、Phaeodactylibacter、Thauera）相对丰度分别为2.41%、3.10%、1.48%。COD/TN为8、6、4时,系统厌氧区、好氧区、缺氧区对TN去除分担率分别为25.88%、43.43%、30.69%,29.05%、21.12%、49.83%,16.49%、38.16%、45.34%;C/N较低时,TN的去除主要发生在缺氧区,系统通过内源反硝化菌、反硝化聚磷菌协同脱氮除磷。当C/N较高时,系统以好氧反硝化脱氮、聚磷菌除磷途径为主。供气量、污泥回流比、温度对城镇污水长泥龄AOA系统NH4+-N、TN和PO43--P去除效能影响显著。在温度25.0±1.0℃,泥龄为30d,COD/TN为8.15、供气量为10m~3/h、污泥回流比200%最优工况下,系统出水COD、NH4+-N、TN和PO43--P平均浓度分别为25mg/L、0.82mg/L、4.31mg/L和0.27mg/L,平均去除率分别为91.80%、97.38%、88.97%和94.33。其中,出水NH4+-N、TN指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》DB5301/T 43-2020中A级限制要求,出水COD、TP指标达到B级限制要求。