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针对我国三峡库区城镇污水有机污染物浓度偏低，氮含量相对较高，水质、水量随季节变化，出水不能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准的特点，采用AAO氧化沟工艺，分别在25m3/d规模的中试试验和10000m3/d规模的生产性调控工程中，以实际城镇污水为处理对象进行研究。调控前污水处理厂出水水质不能稳定达到一级B标主要体现在出水TN超标，主要的原因有碳源不足、曝气过度、调控技术单一、活性污泥性状差。试验原污水平均COD、NH4+-N、TN、TP为215mg/L、26.5mg/L、38.8mg/L、4.95mg/L，C/N值和C/P值为5.5和43.4，脱氮除磷所需碳源不足。在不同的季节，原水水质有较大变化，雨季原水污染物浓度只有旱季浓度68%左右。因此，生物反应器需要根据水温的变化、水质的波动、降雨的多寡采用不同的运行模式，才能在有限碳源条件下实现最大限度的脱氮除磷。系统的研究了内回流比、污泥回流比、污泥龄（SRT）、好氧区平均DO浓度对中试AAO氧化沟工艺脱氮除磷性能的影响。通过调节内循环回流比、污泥回流比、SRT和好氧区平均DO浓度等一系列运行参数，研究了AAO氧化沟工艺去除污染物性能的变化、各阶段承担的污染物去除性能的变化，优选出合理参数。通过维持好氧区平均DO浓度为4.0、3.0、2.0和1.0mg/L深入研究了DO对中试AAO氧化沟工艺运行的影响，结果发现COD的去除受DO浓度变化的影响很小，TN去除率随着DO浓度的降低逐渐提高，同时系统的SND率也会逐渐提高。若仅仅维持较高的脱氮效率，可使得AAO氧化沟工艺在低DO条件下运行。DO浓度对生物除磷有着明显的影响，在DO浓度不低于1.0mg/L的时候，系统一直维持较高的生物除磷活性，而当DO浓度维持在1.0mg/L左右的时候，系统出水磷超标，须辅以化学除磷。综合来看，若维持AAO氧化沟工艺有较高的脱氮除磷效率，好氧区的平均DO不能低于1mg/L，建议在2.0mg/L左右。在单因素试验基础上，重点考察了污染物存在形态及去除规律、不同工艺条件下碳源分配情况和脱氮除磷效能，确定了生物反应器在不同季节时段的运行模式：春季时段采用AAO氧化沟工艺，夏季晴天时段采用低氧/常氧AAO氧化沟工艺，夏季连续暴雨时段采用多点进水低氧/常氧AAO氧化沟工艺，秋季时段采用AAO氧化沟工艺，冬季时段采用分段进水分段回流AAO氧化沟工艺，并给出运行参数。通过分析各种工艺中碳、氮、磷的去除规律，比较其碳源分配情况，说明碳源能否合理分配及充分利用是评价工艺优劣的重要标准。研究了好氧区强化SND脱氮的供氧方式，提出了曝气转盘间好氧缺氧自然分区的物料方程式，讨论了该方程的理论指导意义和应用价值。基于此，在污水处理厂中进行DO控制的调控试验，通过整体性分区和局部性分区相结合的方式可以获得较好硝化反应效果和反硝化反应效果，在局部产消硝酸盐平衡的基础上重点突出整体脱氮优势，明显提升了脱氮效果，好氧区出水溶解性TN由调控前的16.0mg/L下降至9.5mg/L，实现了低碳源条件下的深度脱氮。调控后污水处理厂出水稳定性增强，出水指标全面达到一级B标，对TN的去除效能明显提升，出水TP更加稳定，碳源利用更加合理，并实现节能。