现今城镇污水处理工艺以活性污泥法及其改良工艺为主,脱氮除磷效果受碳源、污泥泥龄以及硝酸盐氮影响明显,导致常规活性污泥法对污水处理效果不佳。本研究旨在通过投加多面空心球悬浮填料解决UCT工艺中脱氮和除磷的矛盾,利用生物填料结合活性污泥法来达到污水处理方式改良目的。试验启动后,首先进行了污泥驯化试验和悬浮填料挂膜试验,然后测定聚磷菌中反硝化聚磷菌的比例,再进行污染物沿程去除分析试验,分别比较分析了厌氧、缺氧、好氧反应器中污染物的沿程变化及去除率变化。通过试验发现UCT反应器对试验污水的适应性较好,生物膜与活性污泥耦合工艺稳定后出水最佳浓度分别为:COD浓度32.7mg/L、氨氮浓度6.89mg/L、TN浓度16.5mg/L、TP浓度1.5mg/L;对应的去除率分别为COD去除率91.5%;氨氮去除率83.7%;TN去除率67.3%;TP去除率67.4%。系统中脱氮除磷主要在缺氧区和好氧区,脱氮主要通过细胞的同化作用、硝化及反硝化作用来实现,除磷主要通过聚磷菌的同化作用以及排泥实现。通过试验运行发现该工艺较传统活性污泥法脱氮除磷效果有明显提高,且反硝化聚磷菌对总磷的去除效果较好。通过单因素试验分析影响各因素的最佳试验条件。单因素参数分别选取水力停留时间、溶解氧、污泥泥龄、硝化液回流比四个影响因素,每个影响因素在四种不同水平条件下进行试验。其中水力停留时间选取6h、8h、10h、12h;溶解氧浓度（好氧区）选取 1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L;污泥泥龄选取 8d,10d,12d,14d;硝化液回流比选取100%、200%、300%、400%。当水力停留时间、溶解氧浓度、污泥泥龄、硝化液回流比分别为8h、2mg/L、10d、200%时,在各试验因素选取水平条件下具有最佳污水处理效果,且能够稳定达到一级A标准（GB18918-2002）。经试验发现,改良后的UCT工艺中,硝化液回流比对除磷的效果影响较大,保持适当的硝化液回流比至关重要。该工艺可有效改善生物脱氮和生物除磷的泥龄矛盾,与常规A/A/O工艺比较除磷效率明显增强。基于单因素试验,设计四因素三水平BBD试验,将水力停留时间（HRT）、溶解氧浓度（DO）、污泥泥龄（SRT）、硝化液回流比（R）作为自变量值,水平选取分别为:HRT 分别为 6h、8h、10h;DO 分别为 1mg/L、2mg/L、3mg/L;SRT 分别为8d、10d、12d;R分别为100%、200%、300%。优先改变SRT,由8d逐渐增大至10d、12d,待系统运行稳定后分别进行对应泥龄条件下的所有正交试验。根据正交表测定不同条件下的出水TN、TP浓度,采用非线性拟合的方法,得到拟合程度较好的回归方程,通过求偏导数得出在HRT时间控制为8.286h,DO浓度为2.279mg/L,SRT控制在10.198d,硝化液回流比为184.821%时存在最优解,且与单因素试验得到的最优解相近。此时出水TN含量为10.207mg/L,TP含量为0.476mg/L。预测出水TN和TP浓度均满足一级A排放标准。结合试验验证后发现TN、TP预测值与试验值比较误差均为2%,预测值与试验结果接近,证明了研究方法的可行性。基于试验数据及分析,可看出填料强化后的UCT工艺处理效果较稳定,且出水能稳定达到一级A标准,试验研究和分析结果可为类似工艺的节能降耗,提标改造提供理论参考。