随着环境污染问题的日益突出，国家对于水污染的控制力度日益加大，各地方政府对于污染物减排量的要求也日益严格，市政污水处理厂升级改造势在必行。根据菏泽环保部门对水体的监测以及水体断面控制要求，菏泽中科成污水处理厂的二级出水排放标准已不能满足水体的受纳要求，因此，应当地环保部门的要求，需对菏泽中科成污水处理厂进行升级改造，改造后出水满足《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。由于污水处理厂属于企业性质，升级改造方案的选择在资金投入、成本控制、易于维护和出水达标方面均需综合考虑，因此选择一种投资少、运行成本低、处理效率高、自动化程度高的升级改造方案是污水处理厂达到当地环保政策要求，实现盈利的有效途径。由于目前该污水处理厂原处理工艺运行出水CODcr、BOD5均能稳定达到一级A的排放标准，但SS、TN、TP以及粪大肠杆菌无法满足新排放标准要求，同时由于该污水处理厂进水碳源较低的问题，给升级改造的脱氮除磷问题带来困难，因此本论文通过对菏泽中科成污水处理厂现有进、出水水质、工艺情况、各类污染物的处理效率进行分析，应用水处理工艺设计的基本理论知识，运用比较研究法、图文结合法、文献资料法对该厂升级改造方案进行论证分析，在原有工艺流程的基础上进行改造，并增设深度处理工艺，着重解决低碳源进水情况下系统脱氮除磷问题，得出最佳的升级改造方案的，可以为国内类似情况的污水处理厂的升级改造工艺选择起到一定的参考和借鉴作用。论文首先详细阐述了论文的研究背景、研究意义、研究方法及技术路线。其次对国内外相关研究理论与实践的研究对比，通过对处理效果、总投情况、运行成本、维护情况进行对比论证，结合对污水处理厂现状的分析、条件限制、资源整合，梳理升级改造需解决的主要问题，得出适用于本污水处理厂升级改造的最佳组合方案，即倒置A2/O+混凝沉淀+过滤+消毒工艺。另外本文对各工段的设施选择也进行了对比论证。全文重点是对升级改造方案的论证和设计优化。论文最后对采用的工艺的运行情况进行跟踪，对实施效果进行评价，希望对我国污水处理厂的升级改造方案选择起到一定的参考作用。