近几年我国工业市场规模不断扩大，在提升国民经济发展的同时，对污水处理也带来了严峻的挑战，特别是氮磷等营养物质，不经处理直接排入自然水体，致使自然水体平衡受到严重的破坏。针对日益严重的水体富营养化问题，我国相关学者加快了对污水处理技术的研究，并取得了一定进展。分段进水多级A/O工艺是污水处理技术领域中一项新型工艺，具有脱氮除磷效率高、反应器容积小以及运行管理方便等优点，具有广阔的发展应用前景。本文以分段进水多级A/O工艺为研究对象，结合天津市城市污水水质现状，利用自行设计构建的分段进水多级A/O系统进行中试试验，采用Origin绘图工具绘制氮磷等主要污染物的去除效果图，结合图形数据对试验结果进行系统分析，考察了本工艺对污水中氮磷的去除效果，并以天津市张贵庄污水处理厂为工程应用实例，对试验结果的可靠性进行验证。本文综合分析分段进水多级A/O工艺的影响参数，并通过定性定量相结合的方法确定工艺参数；对分段进水多级A/O工艺脱氮和除磷效果进行对比，得出分段进水多级A/O工艺在脱氮和除磷方面的差异；以天津市张贵庄污水处理厂为工程应用实例，对分段进水多级A/O工艺的脱氮除磷效果的可靠性进行综合论证。研究结果表明，分段进水多级A/O工艺在脱氮和除磷方面具有明显的优势，尤其是脱氮效果，本工艺的推广有利于我国污水处理水平的整体提升。