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近年来，随着我国工业的不断发展以及人口的迅速增长，水环境污染与水体富营养化日益严重，已成为制约着我国社会进步和经济可持续发展的重要因素。因此，研究和开发经济、高效、稳定并具有良好抗冲击负荷能力的污水处理方法已成为污水处理领域的关注热点。针对传统脱氮除磷系统中存在的矛盾，张波教授提出了倒置A~2/O工艺，将缺氧区前置，在优先满足反硝化的同时避免了回流污泥携带的硝酸盐对厌氧环境的破坏，从源头上解决了生物脱氮除磷工艺中的系统性问题。因此，本论文在前期研究成果和实践经验基础上，通过改变C/N/P，对倒置A~2/O工艺与常规A~2/O工艺系统脱氮除磷性能及影响机制进行分析，探究倒置A~2/O工艺高效的反应机制，为实现倒置A~2/O工艺的优化控制和高效节能提供理论指导及实践基础；同时通过反应微生物物质代谢活性的微观指标，揭示倒置A~2/O工艺节能的深层次原因，对进一步优化倒置A~2/O工艺具有重要指导意义。1）两系统脱氮除磷性能对比研究结果表明：进水C/N/P条件对两系统有机物、氮、磷去除能力有一定影响，但不同工艺系统对不同水质的适应能力不同；由于倒置A~2/O系统优先满足反硝化碳源需求，而常规A~2/O系统在缺氧段吸磷动力的低效浪费，倒置A~2/O系统反硝化和除磷能力皆优于常规A~2/O系统，高、中、低C/N/P条件下倒置A~2/O系统反硝化能力较常规A~2/O系统分别提高了1.69%、1.77%和3.64%，除磷能力则分别提高了0.43%、0.88%和6.21%，可以看出，当进水中碳源不能满足微生物脱氮除磷需求时，进水中碳源越是匮乏，倒置A~2/O工艺系统越能表现出优于常规A~2/O系统的反硝化和除磷能力，倒置A~2/O系统对进水水质的适应能力更强；降低系统污泥负荷，能够增强系统氮磷去除能力及稳定性，且系统负荷越高，倒置系统表现在氮磷去除能力上的优势越明显。2）两系统微生物生化反应机制对比研究结果表明：高、中、低C/N/P条件下倒置A~2/O系统PHAs利用效率较常规A~2/O系统分别提高了1.00%、5.79%和9.65%，中、低C/N/P条件下对应的胞内聚磷代谢能力分别提高了13.36%和17.77%，胞内糖原利用效率则分别提高了21.62%和32.54%，可以看出，倒置A~2/O工艺微生物物质代谢能力和利用效率明显高于常规A~2/O系统，适应进水水质改变的能力也更强，且C/N/P越低，其优势越明显；高、中、低C/N/P条件下倒置A~2/O系统胞内ATP水平较常规A~2/O系统分别提高了4.84%、7.55%和9.12%，胞内电子传递体系活性NAD+水平分别提高了4.84%、7.55%和9.12%，可以看出，倒置A~2/O工艺基质降解效率和电子传递体系活性均高于常规A~2/O工艺，抵抗碳源因素改变的能力也更强，从基质降解效率和电子传递体系活性的角度佐证了倒置A~2/O系统物质代谢能力和利用效率明显高于常规A~2/O系统这一现象；倒置A~2/O工艺在系统污泥负荷较大时，基质降解效率和电子传递体系活性较常规A~2/O系统提高的更多，对应的物质代谢能力和利用效率也提高的更多，从微生物代谢的角度解释了降低污泥负荷能够增强系统氮磷去除能力和稳定性，且系统负荷越高，倒置A~2/O系统表现在氮磷去除能力上的优势越明显的原因。