无锡太湖水源地蓝藻爆发以后，太湖流域城镇污水处理厂加快了升级改造的步伐，如何提高城镇污水处理厂的处理效果，尤其是除磷脱氮成为升级改造工程的技术攻关对象。无锡市城北污水处理厂采用Orbal氧化沟工艺，升级改造工程的主要问题是提高TN处理效果，实现稳定达标排放。针对以上问题，提出了本课题研究。 试验采用改进的Orbal氧化沟中试模型[1]，对城北污水处理厂污水进行了强化生物脱氮和生物脱氮除磷的研究，旨在为实际污水处理厂升级改造提供技术指导。 Orbal氧化沟中试模型分别研究了采用生物强化运行方式和城北污水处理厂现行运行方式处理该厂污水两种情况，采用生物强化具有如下处理效果：COD浓度低于50mg/L、BOD5浓度低于10mg/L、氨氮浓度低于5mg/L、总氮浓度低于15mg/L、总磷浓度低于0.6 mg/L；采用污水处理厂现行运行方式具有如下处理效果：COD浓度低于52mg/L、BOD5浓度低于12mg/L、氨氮浓度低于5mg/L、总氮浓度低于22mg/L、总磷浓度低于0.8mg/L。 为了强化生物脱氮效率，采用同流污泥曝气再生提高污泥活性，再生后，脱氢酶活性提高了9.53％，反硝化速率提高了1.1倍。将氧化沟外、中、内沟的溶解氧浓度分别控制为0.1mg/L、0.5mg/L和2.0mg/L，在系统中可以实现最大程度的反硝化。泥龄20d至25d时可获得理想的脱氮效果，出水TN小于15mg/L，但是较长的泥龄降低了系统的除磷效果，出水TP不能稳定达标排放。面对冬季温度较低的情况，控制较高的污泥浓度可以保证系统去除有机污染物和脱氮的效果。当进水存在碳源不足的情况时，采用外沟进水可提高外沟用于反硝化的易生物降解有机污染物的量，从而提高TN去除率。