本项目属于能源与环境技术。在有限的占地条件下对特大型污水处理厂进行升级改造历来都是技术难题和工程难题，本项目针对目前城市污水低碳相对高氮磷的水质特点，以亚洲最大规模污水处理厂之一的上海竹园地区污水处理厂升级改造工程为示范工程，进行了污水处理工艺技术研究。项目研究成果对国内外大型污水处理厂的建设、运行和升级改造均具有重要的推广价值。本项目的主要创新包括： 1）集成创新了多目标多级A/O生物处理系统低氧曝气技术。针对低C/N和C/P比的城市污水现状和国家对城市污水处理厂出水标准越来越严格的要求，本项目开发了多目标多级低氧曝气技术，将好氧生化池溶解氧浓度维持在1.0~1.5mg/L，强化了多目标多级A/O生物处理系统的短程硝化反硝化性能和反硝化除磷性能，可节省曝气量150万m3/d 左右，减少污泥产量20%-30%左右，降低了示范工程运行费用，为污水处理工艺设计提供了新技术。 2）创造性开发了一种利用管道缺氧环境强化脱氮除磷的技术。针对升级改造实际需求，首次提出对大型污水厂现有箱涵和管道中缺氧环境的合理使用，延长污水在缺氧环境条件下的停留时间，强化反硝化脱氮效果。该技术不需要大规模投资新建缺氧池，在较小的基建投资和较小的占地面积情况下实现较大的处理效果提升，节约占地面积10%-15%，充分利用现有设施，节约基建，为污水处理厂老厂改造和扩建提供了新思路。 3）首次利用计算机模拟技术和集成智能技术指导设计特大型污水处理厂升级改造工程。本项目根据实际污水水质组成和活性污泥特点，采用基于ASM模型的BioWin软件，建立了一套适合于城市污水水质的计算机模拟系统，指导升级改造工艺设计。对生化池池深、A/O比、气水比等设计参数进行了模拟和定量计算，生化池工艺设计大胆创新地采用池深10m，节约了占地面积；通过对生化池溶解氧浓度、污泥回流量、混合液回流量等实行智能控制，既提高了曝气氧利用率，减少20%的曝气量，又实现了对污水生物处理系统自动控制。示范工程实际出水水质优于排放标准要求，工程建设投资及运行费用都得到降低，为类似工程设计和建设提供可推广的方式。 本项目研究获得授权专利4项（其中发明专利2项，实用新型2项），发表论文14篇，其中EI收录3篇；编制国家标准1项；出版著作1本。研究成果达到了国际先进水平，并且已成功应用于上海市竹园第一污水处理厂升级改造工程，为实际工程节省工程投资费约4000万元，每年节约运行费用约5584万元，实现COD减排30.18万吨/年，为上海市COD减排目标的顺利实现做出了重要的贡献，大大改善了长江口的水环境和生态环境。