当前严峻地水环境形势使得我国许多污水处理厂都面临着脱氮除磷提标改造任务。其中除磷提标改造受限于进水碳源不足、二沉池泥水分离困难和回流污泥中硝酸盐的影响,较少选用生物除磷工艺,往往采取增加深度处理和辅助投加药剂,这会带来投资费用大,污泥产率高和间接碳排增加等一系列问题。近来,美国和丹麦流行地侧流强化生物除磷工艺（S2EBPR）被证明能够在规划用地较少和进水有机物较低的情况下,达到稳定良好地除磷效果,具有良好地应用前景。然而,S2EBPR的侧流发酵池侧流比和HRT等参数较为宽泛模糊,并且侧流发酵池HRT较长,导致池容较大造价提升,极大限制了该工艺的推广应用。针对S2EBPR的不足和缺点,本课题以S2EBPR工艺为研究对象,探究侧流发酵池最佳HRT,验证固定填料强化污泥发酵效果,考察S2EBPR工艺启动与稳定阶段整体工艺表现与微生物种群变化规律,并尝试了进一步优化除磷效果的可行方案。首先,通过批次摇瓶反应器探究了侧流发酵池最佳HRT和添加填料对污泥发酵的影响,发现发酵时间显著影响磷细菌和硝化细菌活性,当HRT=48 h时磷细菌好氧吸磷活性显著增强,为原污泥的4.83倍,当发酵时间大于48 h时,硝化细菌活性显著降低,96 h发酵后硝化细菌活性下降了38.5%,因而得出侧流发酵池最佳HRT为48 h;在发酵污泥中添加固定填料,发现填料能够达到强化污泥发酵。当HRT=24 h时填料促进发酵效果最好,填料组产气量、NH4+-N溶出速率和PO43--P溶出速率分别为未添加填料组的1.67倍、1.6倍和1.22倍,同时填料会抑制功能菌活性,在不同发酵时间下填料组功能菌活性与污泥组相比会出现0%-15%的活性下降。将不同发酵时间污泥上清液能够作为磷细菌碳源,发现污泥上清液发酵时间越久对应污泥吸磷量也就越高,其中HRT=72污泥好氧段吸磷量最高达到48.2 mg·L-1,证明了上清液作为磷细菌碳源的可行性。根据S2EBPR小试装置的启动阶段与稳定阶段的运行表现,发现侧流发酵池能够显著强化生物除磷效果,增加侧流发酵池后出水PO43--P浓度从5 mg·L-1稳定降低至0.8mg·L-1以下,同时由于侧流发酵池发酵作用,会增加主流NH4+-N负荷降低主流处理效率,出水NH4+-N浓度从0.57 mg·L-1升高至1.59 mg·L-1。微生物群落分析发现小试系统不存在常规磷细菌,仅存有Acinetobacter、Pseudomonas和Aeromonas等非典型磷细菌。同时侧流发酵池能够弱化GAOs的丰度,增加侧流发酵池后Candidatus丰度由29.7%降至3.3%,这可能是侧流发酵池强化除磷的主要原因。最后,分别研究了调整主/测流池水力停留间、取消主流厌氧段/调节回流位点和添加聚氨酯填料优化S2EBPR强化除磷效果。将侧流发酵池由48 h延长到72 h后提升了主流除磷效率,出水PO43--P浓度由0.9 mg L-1下降到0.3 mg·L-1,但侧流发酵池发酵水平提升,会导致主流NH4+-N负荷,进而导致进入侧流发酵池NO3--N浓度升高降低发酵效果。将S2EBPR装置主流厌氧段同时调节污泥回流位点后,发现在缺少厌氧段的情况下除磷效果下降明显,出水PO43--P浓度由0.3 mg L-1上升到8.0 mg·L-1,可见在缺少主流厌氧段后无法实现。小试实验中在侧流发酵池投加固定填料并没有强化厌氧发酵,同时填料主流对PO43--P、TN和COD去除率无影响。推测原因为实验环境温度仅为20℃,侧流发酵池中产酸发酵菌数量较少,投加填料也未能达到富集效果,所以有无填料对装置运行效果影响不大。本课题考察S2EBPR工艺启动与稳定运行过程中的总体效能和作用机制,并尝试用多种手段强化S2EBPR工艺的实际效能,所得结果有助于更深入理解S2EBPR作用机制,优化工艺运行参数,为解决我国现在存低碳源状况下生物除磷效果不佳的问题提供技术支持和数据基础。