在我国南方,城市污水C/N比普遍较低。虽然多级AO工艺通过多点进水,可以较充分的利用进水中的碳源,从而减少外碳源的投加量,但对该工艺处理低C/N比污水的最佳运行参数研究较少。为此,本论文以充分利用进水碳源为目标,研究了多级AO工艺的最佳运行参数,在此基础上,优化了外加碳源种类,投加位置和投加量,并提出了基于模型预测的工艺运行调控措施。为充分利用进水中的碳源,通过小试试验,开展了多级AO工艺运行参数的优化研究。结果表明,在进水C/N比约为3.6:1的条件下,工艺的最优运行参数是:第一、二段进水流量分配比为7:3,第一、二段硝化液回流比均为100%,缺氧池Ⅰ/好氧Ⅰ池容积比为0.8:1,污泥回流比为60%。在此工况条件下,进水碳源得到充分利用,工艺出水COD和NH₄⁺-N能达到一级A排放标准,但TN和TP浓度分别为19.04 mg/L和2.73 mg/L,不能达到一级A排放标准。为确保出水达标,在上述充分利用进水碳源的工艺运行条件下,考虑外加碳源,通过小试试验,研究了乙醇、乙酸和乙酸钠的反硝化效果。结果表明,乙酸效果最佳,投加位置为厌氧池和第二缺氧池前段,投加量分别为40mg/L和7 mg/L。多级AO工艺处理效果稳定,出水COD、NH₄⁺-N、TN和TP浓度分别为19.5、0.52、14.11和0.43 mg/L,出水达到一级A排放标准。为确保在进水C/N比波动时,工艺稳定运行,建立了基于多级AO工艺数学模型,研究了工艺运行调控对策。结果表明,该模型可以根据进水水质和工艺参数等变量,较好地预测出水水质。当水质波动时,可以优化调整模型中的工艺参数变量,或/和模拟投加碳源,优化调整进水COD浓度变量,确保水质达标。