本项目属水污染控制技术领域。污水处理厂由去除化学需氧量（COD）和硝化，升级为具备脱氮除磷功能并实现稳定达标是一个全球性的水环境问题。高排放标准要求下的功能提升既需要兼顾进水水质（影响碳源供给、出水标准和微生物活性）、现有系统处理能力、建设用地、停水周期等因素，又需要科学的运行调控以实现提标改造后的稳定达标。针对上述问题，历经十余年的产学研联合攻关，通过进水组分细分、系统潜力评估、设计方法研究、关键技术开发、工程示范应用构建了覆盖污水处理厂脱氮除磷能力提升全过程的完整技术体系，推动了技术的转化、推广与应用。创新点如下：(1)构建了污水处理厂污染物组分细分与减排潜力评估方法体系。建立了污水组分细分和动力学参数估计方法，创新构建了综合考虑反硝化和厌氧释磷碳源需求的脱氮除磷难度指数，提出了污水处理厂的分级管理和碳源供给优化策略；制定了上海市水污染物总量控制目标实现的技术策略和分年度规划，提出了46座污水厂潜力提升的运行优化和升级改造措施。(2)提出了脱氮除磷系统硝化单元设计方法与强化硝化技术。建立了硝化动力学参数测定方法，系统阐明了长距离输送污水厂的硝化菌抑制机制，创新构建了基于硝化菌生长和衰减动力学的好氧池污泥龄和容积设计方法，并用于强化硝化对策分析，提出了硝化菌提前调控富集-接种强化低温硝化技术，开展了20万吨/日工程示范并推广应用。(3) 发明了“以废治废”的污泥液侧流处理技术。开展了污泥浓缩脱水过程污泥液组分特性与回流影响分析，发明了污泥液合并侧流处理-钙法磷资源回收-硝化菌富集强化主流系统的全过程技术，利用深度脱水污泥液丰度的碱度、碳源和钙源实现了污泥液的高效脱氮除磷，开展了成套装备研制和工程示范，实现污泥液处理成本降低64%。(4)构建了污水处理厂多目标运行优化技术体系。优选了提标过程中生物处理系统停水改造快速重启动模式并实际应用；开展了二沉池模拟优化研究，发明了二沉池出水堰自动清洗装置；提出了污水处理工艺模型校正策略，构建了操作变量响应灵敏度和动力学特性分析方法。提出了综合考虑出水水质、污泥产量和系统能耗的运行成本性能指数，依托工艺模型开展了AAO、Unitank等实际系统的运行优化研究。项目支撑了亚洲规模最大的白龙港污水厂升级改造、扩建一期、扩建二期和提标工程全过程，并应用于上海市水污染物总量减排和46座城镇污水厂潜力评估，以及上海、山东、浙江等地15座污水厂的运行优化和提标工程中，累计应用规模达561.8万吨/日。新增产值1.56亿元，新增利润7037万元，节支1.36亿元，年减排COD、氨氮、总氮和总磷34.8、3.2、2.6和0.5万吨，为污水厂的稳定运行和提标改造提供了良好的示范作用，经济、环境和社会效益显著。授权发明专利7件，实用新型6件，软件著作权4件，发表论文66篇（其中SCI收录25篇），形成地方标准2部。