随着西安经济的快速发展，越来越多的生活污水和工业污水排入渭河，导致渭河水环境恶化，水污染严重，加剧了水污染物减排的任务。根据国家和陕西省十二五环境保护规划及《渭河流域水污染防治三年行动方案（2012-2014）》的要求，必须将渭河沿岸城镇污水处理厂排放标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B提升至一级A，以达到减少污染物排放量和改善水环境的目的，因而污水厂的升级改造势在必行。基于上述背景对西安市某A2/O工艺污水厂污染物进行沿程监测，探明该污水厂不能达到一级A排放标准的主要因素为生物除磷效果较差。研究结果表明影响除磷的主要因素包括三方面：（1）高浓度含磷污泥回流水增加了除磷工艺的负荷；（2）二沉池的回流污泥引入的硝酸盐抑制释磷过程；（3）进水碳源主要组分为颗粒态COD，难以为微生物利用，且释磷过程对碳源的利用率较低，导致除磷效果较差。针对高浓度含磷污泥，采取污泥水单独处理的方式，以减少污泥水对除磷过程的冲击。对于硝酸盐抑制除磷效果的问题，采取改造生物区，投加填料的方式，增加脱氮除磷效率的同时提高碳源利用率。针对碳源不足问题，采取减少初沉池运行组数及停留时间的方式，减少碳源流失。改造后一方面减少了回流水的冲击；一方面节省了碳源，加大了碳源利用率，强化除磷效果，使出水磷的去除率较改造前提高了17％。处理后出水中磷的含量平均0.45mg/L，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的出水一级A的标准。