自上世纪八十年代以来,城市污水生物脱氮除磷技术已成为污水处理领域的研究热点,生物脱氮除磷系统中微生物及生化机理的研究是推动技术发展的重要基础。本研究以城市污水倒置A²/O生物脱氮除磷工艺为研究对象,通过对倒置A²/O工艺与常规A²/O工艺生化反应机理及其微生物特征的研究,进一步理解倒置A²/O工艺生化反应机制。研究结果表明:（1）在不同外界环境和工艺控制条件下,倒置A²/O工艺和常规A²/O工艺对NH₃-N、有机污染物的去除效果相当,倒置A²/O工艺对磷的去除优于常规A²/O工艺;在低温条件下,当反应温度为6-15℃时,脱氮除磷工艺对NH₃-N的平均去除率为53.9%,TP的平均去除率为95.9%;在低溶解氧条件下,当溶解氧为1.2-1.8 mg/L时,NH₃-N的平均去除率为40.7%,TP的平均去除率为94.7%。（2）通过对活性污泥在好氧条件下比耗氧速率的测定,厌氧历时的长短对活性污泥微生物活性影响不大,倒置A²/O工艺活性污泥微生物活性高于常规A²/O工艺;常规A²/O工艺活性污泥微生物种群结构与倒置A²/O工艺在在明显差异;常规A²/O工艺活性污泥菌胶团比较致密,倒置A²/O工艺活性污泥菌胶团比较疏松;倒置A²/O工艺系统活性污泥微生物含有胞内存储颗粒丰富的微生物主要是杆状和球状菌,其中球状菌尤为明显。（3）通过Biolog方法对活性污泥微生物群落研究,倒置A²/O工艺的活性污泥微生物代谢活性优于常规A²/O工艺;在Biolog平板内的95种碳源中,两种工艺活性污泥微生物易利用的碳源主要为糖和糖的衍生物、羧酸、氨基酸类;在本试验研究条件下,两种工艺在处理同类污水时活性污泥微生物群落代谢特征较为接近。