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水体富营养化日益严重使城市水环境恶化，对工业生产与居民的日常生活造成严重影响。目前，由于碳源不足导致脱氮效果差是污水处理厂普遍存在的问题。新工艺与新技术的应用对于强化脱氮十分必要。本文以低碳源城市污水的高效强化脱氮为研究目标，运行分段进水多级A/O耦合流离生化工艺。通过理论分析、试验研究等手段，对该工艺的脱氮效能进行强化研究。使其适宜作为对原有污水处理厂的提标改造及对脱氮效能有较高要求的新污水处理厂的建造提供指导依据。 本研究采用分段进水多级A/O工艺在活性污泥法条件下启动及运行，通过改变水力停留时间(HRT)和利用外加碳源改变进水C/N强化脱氮，确定优化条件:HRT满足12h后，能够保证缺氧区反硝化脱氮的充分进行;进水C/N超过4时，TN去除率上升不显著，且外加碳源的过程中，发现SVI值逐渐升高且有继续上升的趋势。 针对污泥膨胀现象，提出与后置生物膜反硝化相结合的改进工艺解决该问题，对比两种工艺的异同。结果表明:进水C/N对两者COD的去除差异不大，对NH4+-N差异较大，当C/N=5时，多级A/O工艺出水NH4+-N高于5mg/L，而改进工艺NH4+-N去除率稳定在96.8％99.61％。且两者都随C/N的增大TN去除率升高，但改进工艺较多级A/O的提高程度高，且TN去除率呈线性增长趋势。 在不外加碳源条件下，提出多级A/O耦合流离生化工艺强化脱氮，并探究优化的流离填料。以海绵与鲍尔环作为流离球内置填料，选用不同体积比(1∶0、2∶1、1∶1、1∶2、0∶1)组合填料进行序批式生物膜反应器(SBBR)处理适用于耦合工艺好氧区的模拟污水，通过出水COD、NH4+-N等指标的测定;同步硝化反硝化(SND)率和污泥产率的计算;以及采用荧光原位杂交技术(FISH)对生物膜AOB和反硝化菌群结构分析，筛选出SBBR-2内的流离填料最适用于耦合工艺。 通过投加优化流离填料改变填充比逐步过渡为耦合工艺，为强化耦合工艺的脱氮特性，分别控制填充比、流量分配比、污泥回流比进一步强化脱氮。填充比为30％最佳;通过理论推导，对应本试验的反应条件得出最佳流量分配比为4.33.2∶2.5，试验验证得出TN平均去除率提升为86.12％;污泥回流比为50％最佳。并在最优强化脱氮条件下分析得出好氧段有明显SND现象。