本文以华北地区某城镇污水处理厂A²/O工艺为研究对象,分析了该污水处理厂概况、实际进出水水量、水质变化,并对排入污水处理厂重点收水企业进行调研,找出该污水处理厂运行中脱氮除磷效果不佳的原因,采用A²/O小试试验装置进行脱氮除磷因素研究并找出相应的优化措施。通过对重点收水企业的水质、水量、生产工艺、水处理设施等进行调查,结果显示,各企业排水中COD_Cr浓度偏高,服饰公司排水色度高,包装材料公司排放含铬废水,对该污水处理厂进水水质造成影响。该污水处理厂出水COD_Cr、TP、NH₄⁺-N、TN浓度分别为70.51mg/L、1.05mg/L、42.29mg/L、60.98mg/L,出水水质不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。通过分析诊断,明确了该污水处理厂氮、磷不达标的原因主要有:进水碳氮比较低、碳源及碱度不足,影响了系统脱氮效果;厌氧池氧化还原电位较高及硝态氮浓度高,好氧池溶解氧较高,影响除磷效果;混合液回流比过大,导致硝化液携带大量溶解氧到缺氧池,系统脱氮效果不佳。针对以上运行出现的问题,进行了A²/O工艺小试试验优化研究,并提出了相应的优化措施:将原水中碳氮比控制在5左右,混合液回流比控制在200%,厌氧池溶解氧在0.20mg/L以下,好氧池溶解氧DO控制在2.5mg/L左右。通过采取以上优化措施后,该污水处理厂出水水质得到了明显改善,主要污染物指标COD_Cr、TP、NH₄⁺-N、TN出水浓度分别为37.62mg/L、0.45mg/L、9.06mg/L、15.74mg/L。平均去除率分别为85.30%、90.41%、87.39%、82.07%。提高了污水处理厂的出水水质,为该污水处理厂的运行提供了理论支持。