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水体富营养化是中国乃至世界上面临的重大环境问题，严重制约了经济的可持续发展。活性污泥脱氮除磷方法具有操作方便，费用经济、效果卓越等优点，被广泛应用于点源排放的废水的处理，用以降低排放尾水中的氮磷污染物的浓度，减少水体中的氮磷污染物负荷。但对于已经发生富营养化污染现象的水体，仅仅限制进入水体的水中的污染物浓度还不够，还需进一步降低水体中原有的污染物的浓度，才能有效治理水体富营养化现象，修复富营养化水体。活性污泥法虽然可以有效治理集中排放的废水，降低水中的污染物浓度，但由于受到生物除磷的厌氧/好氧交替及厌氧段需要大量挥发性有机物的特性的限制，而不能直接应用于富营养化水体和面源污染水体的治理。为了扩大活性污泥除磷方法的应用，使活性污泥能顺利用于治理低有机物浓度的水中的磷污染物，开发出适用于富营养化水中的磷污染物治理的方法，具有重要的理论和实际意义。
本文以富营养化湖水及模拟废水为研究对象，在实验室规模下，驯化出具有高效脱氮除磷性能的活性污泥，注重研究了有机负荷、温度、pH等因素对活性污泥脱氮除磷性能的影晌，研究了利用海藻酸钙为载体的固定化活性污泥脱氮除磷性能。论文围绕以上主题进行了较为系统的研究，主要内容包括：通过对温度、SRT及水质变化等因素控制，进一步理解活性污泥脱氮除磷的原理及主要控制要素；采用对比试验和理论推导的方式研究了固定化污泥体系与悬浮活性污泥系统的脱氮除磷性能及影响因素的区别；对影响固定化污泥系统脱氮除磷性能的主要因素，如运行工况、SRT、有机负荷、温度、载体固定化工艺及pH等进行了试验研究；对固定化污泥除磷后的厌氧释磷进行了较深入的研究；对固定化污泥的释磷比进行了研究；对固定化污泥回收磷进行了评价；建立了固定化污泥厌氧吸收有机物及释磷模型；建立了固定化污泥好氧吸磷模型。得到了以下主要试验结论：
(1)A/O交替运行的活性污泥SBR系统具有良好的脱氮除磷性能。当SBR按厌氧瞬时进水、厌氧搅拌2.5h、好氧4h、沉淀、闲置1.5h运行时，在进水水质CODcr、NH4+-N、TN、TP浓度分别为，300mg/L、20mg/L、40mg/L、10mg/L时，去除率可分别稳定在90％、94％、91％、96％以上。
(2)泥龄、温度、pH、有机负荷及有机物类型均会对活性污泥中微生物种群及构成产生影响，从而影响活性污泥反应器脱氮除磷性能。活性污泥抗环境不利因素能力较差，当运行参数或水质因子发生改变时，活性污泥的处理性能随之变化。泥龄越长、温度越高，活性污泥的污泥产率越低，这主要是活性污泥微生物用于细胞合成以外的能量比例增加所致。
(3)假单胞菌属和气单胞菌属是脱氮除磷活性污泥中的优势菌属，另不动杆菌属对生物除磷也有一定的贡献。运行条件及工艺参数是造成脱氮除磷污泥中微生物优势种群和种群构成的重要因素。胞内异染质粒染色试验表明，厌氧/好氧交替运行的工艺条件，有利于在活性污泥中富集聚磷细菌。
(4)海藻酸钠比PVA更适于用于固定化污泥脱氮除磷。2％SA、5.0％CaCl2、硬化24h形成的海藻酸钙固定化污泥小球处理系统可以有效实现同步脱氮除磷，去除水中的碳、氮、磷等污染物。定期补充Ca2+、添加少量Ba2+和减少包埋污泥量等方法均可以大幅提高固定化污泥的使用时限，提高固定化污泥小球的耐久性。
(5)固定化污泥系统的控制因子是基质在固定化载体内部的扩散速率。提高基质浓度以及升高反应器操作温度均可有效提高固定化污泥的反应速率。但当基质浓度、环境温度上升到一定数值后，固定化污泥系统的反应速率趋于缓慢增加。
(6)pH对固定化污泥脱氮除磷性能的影响弱于对活性污泥的影响。在pH在5.0～9.0之间变化时，固定化污泥的污染物去除率类似。在不同pH下，固定化污泥厌氧释磷的AP/ACODcr表现出斜率很小的线性关系，其线性方程为：APO43-—P/△CODcr=0.054 pHout+0.1129。这进一步表明固定化污泥具有良好的抗环境不利因素能力，能有效的保护包埋微生物。
(7)固定化污泥小球按PhoStrip工艺运行时的脱氮除磷性能优于按A/O工艺运行时，而且固定化污泥小球按PhoStrip工艺运行时，对富营养化污水中的氮磷营养物质也有良好的处理效果。通过化学药剂沉淀固定化污泥厌氧释放的磷，可从污水及富营养化水体中快速回收磷，实现磷资源的可持续发展。
(8)与活性污泥类似，固定化污泥在厌氧、好氧代谢的同时，会分解和释放胞内聚合物，因而，整个微生物群落(活性污泥)表现出MLSS和MLVSS不同的变化趋势。固定化操作抑制了包埋微生物的活性，固定化污泥的厌氧维持释磷系数仅为0.72～0.14mgP/gVSS·h，低于普通活性污泥。
(9)通过对各污染物成分分别建立物料平衡方程，得出了各成分在SBR固定化活性污泥脱氮除磷系统中变化的动力学模型，并对该动力学模型进行模拟求解。结果表明固定化污泥系统各成分的模拟值与试验值基本吻合，该动力学模型具有一定的数据拟合能力，能较好的模拟固定化污泥脱氮除磷系统的反应过程，能将一个特殊的固定化污泥脱氮除磷系统进行模型化。该动力学模型对固定化污泥脱氮除磷系统的方案设计、运行状况预测等方面能发挥良好的作用，具有一定的指导和使用价值。