一、多段多级 AO 工艺概况

多段多级 AO 工艺是使生物反应池形成多组缺氧池与好氧池交替的形式。在缺氧反应池主要由聚磷菌利用少量碳源释放体内的磷且其以硝酸盐为电子受体做无氧呼吸，产生的能量进行吸磷，而污泥回流液中的硝酸盐被反硝化菌还原脱氮，池内以搅拌器混合并维持缺氧环境。在好氧段吸磷并使有机氮氨化，同时进行硝化作用以及降解BOD、COD，而充分反应后的混合液与下段进水一起进入下一段的缺氧反应池，其余各段污水处理流程同首段。由进水管分段流入每一级的缺氧段的污水既降低了前级出水的DO、pH 对后级缺氧处理的干扰又为反硝化菌提供了足够的碳源。该工艺只需设污泥回流不必设硝化液回流，污泥由二沉池回流至第一段。反应池出水流入二沉池，然后在其中进行固液分离，上层清液由二沉池出水管排出流入下一个污水处理单元。剩余污泥分为 2 个部分进行处理，一部分剩余污泥排入污泥浓缩池，另一部分通过剩余污泥回流管进入多段多级 AO 反应池的开始端来维持反应池中的微生物量。从鼓风机房接出的曝气管由曝气盘向各级 AO 池中的好氧池进行曝气，让其保持一定的溶解氧浓度，如图所示。

二、多段多级 AO 工艺特点

多段多级 AO 工艺具有运行成本低、占地面积小、管理强度低、脱氮除磷率高和抗冲击负荷能力强等特点。

2.1 运行成本低

由于多级 AO 工艺缺氧好氧交替排列，好氧池的混合液直接进入下一级AO工艺的缺氧池，不必使用硝化液回流(内回流)设施，与 A2O 工艺相比，这样能够减小很多电耗，可以在一定程度上降低运行成本。

同时由于多段进水的优势，可对有机碳源进行充分利用，节省投加碳源的成本。

2.2 占地面积小

该工艺中反应池的 MLSS(混合液悬浮固体浓度)明显要比其他工艺高，因此单位池容可处理的污水负荷较大，在处理污水量相同的情况下，多段多级 AO 工艺可以缩小建筑面积，节省建设费用。如果在污水厂改造中，由于原有工艺的占地面积比较大，给远期建设预留的场地相对较小，那么就非常适合采用该工艺。

2.3 管理强度低

该工艺由于设计上采用在各段中以等量营养源对应等量生物量，所以各段的污泥负荷基本相同，因此在运行中可采用统一标准化的方式对各段进行管理。例如各段好氧池需要的需氧量相同，可以采用同样的曝气设备，并维持相同的溶解氧浓度。而且由于采用相同的管理方式便于及时发现某段出现的问题并进行解决。

2.4 脱氮除磷率高

多段进水在按比例分配好每一段的碳源的同时，也使反应池内混合液悬浮固体浓度得到提高。而污泥的回流及水力停留时间的延长让好氧段产生的硝态氮可反复反硝化脱氮，提高了脱氮的效率。厌氧环境中聚磷菌把磷排出体外，在好氧环境中超量摄取磷，因此厌氧、好氧轮换进行反应，也大大地提高了磷的去除效率。而反硝化菌和聚磷菌在串联交替的缺氧好氧环境也可以更好地生长繁殖。

2.5抗冲击负荷能力强

多段进水相对于单一进水能够分配污水负荷，降低了由于各种原因导致的进水污染物浓度变化对系统的冲击，加强了系统的稳定性与抗冲击负荷能力。

2.6 减少污泥膨胀

污水处理厂运行中通常发生污泥膨胀绝大多数为丝状菌污泥膨胀。多段多级AO工艺缺氧好氧环境交替存在，使其生态环境有利于菌胶团生长，应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度生长和繁殖，将丝状菌浓度控制在合理范围内，从而减少丝状菌污泥膨胀。

2.7 有利于实现短程硝化反硝化和同步消化反硝化

多段多级AO工艺由于生物池内硝化和反硝化交替运行，pH值一般能维持在较高值（7.4~8.3）。较高的pH值使亚硝酸盐累积率达到很高，有利于实现短程硝化反硝化。另外，多段多级AO工艺在同一时间内有多个区域同时发生硝化和反硝化反应，这非常接近于同步硝化反硝化，其特征基本相似同步硝化反硝化。

三、 影响多段多级 AO 工艺处理效率的主要因素

3.1 温度

硝化菌与反硝化菌等微生物对温度变化敏感，在我国北方漫长寒冷的冬季，平均水温在 4 ℃ ~15 ℃的情况下，其活性受到严重影响。根据污水处理厂在低温环境下的运行经验，水温降低会导致有机物、氮磷去除效果受到较大影响，污泥沉降性能变差，液面产生大量泡沫并伴随结冰，出水水质受到影响。

有实验数据表明，在水温为 10 ℃的情况下，(1)COD的去除效果良好，出水 COD 平均去除率可稳定达到 87.6 %。出水水质可稳定达标。(2)运行期内，前期的氨氮去除效果较差，后期的出水中，NH3-N 平均去除率达到 97.1 %，稳定达标。(3)前期因硝化效果不理想出水总氮较高。中后期出水 TN 的平均处理效率达到 67.2 %，脱氮率远高于同条件下传统活性污泥法的脱氮率。(4)前期的低温的抑制作用，导致磷的平均去除率很低。后期聚磷菌等微生物适应了低温环境，高磷污泥的规律排放为除磷提供了保证，出水 TP 的去除效率达到 94.3 %，稳定达标。

如果在冬季水温确实很低或者进水总氮维持在较高浓度的情况下，可使段内回流全部开启以达到出水总氮的规定标准。与此同时，可在最末级出水端采用投加药剂的方法进一步确保出水总氮稳定达标。而在水温较高的夏季或者进水总氮维持在较高浓度的情况下，可使段内回流全部关闭。这样可使生物除磷效果达到最佳。既保证了出水总氮达标，又减少了除磷药剂的投加量，达到经济运行的目的。

3.2 BOD5污泥负荷

研究显示 BOD5 污泥负荷对多段多级 AO 工艺稳定良好地处理有机污染物不构成影响 ：当其在 0.02 d-1~0.15 d-1 时，磷去除率与 BOD5 污泥负荷成正相关，而 TN 的去除率在其为 0.05 d-1~0.10 d-1 时最佳。

3.3 污泥龄

脱氮和除磷对泥龄的要求是相反的，脱氮要求较长的污泥龄，除磷却要求较短的污泥龄，同时需要脱氮除磷的生物处理系统中，最小泥龄须优先考虑硝化菌而非反硝化除磷菌，在常温下聚磷菌的最小泥龄小于硝化菌的最小泥龄，但可将两者的最小泥龄视为相同，按照设计规范污泥龄应取10~20d，通常建议污泥龄取12~16d。

3.4 反应器段数

生物池级数对污水处理系统的稳定性、脱氮效率有着非常重要的作用。生物池级数越多，生物池混合液越趋近于完全混合，与传统生物处理工艺相比，在相同生物池容积和二沉池固体负荷情况下，多段多级AO工艺的处理水量会逐渐增加，但当级数大于5时，其工艺体现的性能优势将不再明显，综合考虑处理效果，经济合理性和操作运行管理，工程设计和应用中以3~5级为宜。

3.5流量分配比

生物池各级进水量分配比例应考虑各级缺氧区进水量能够提供上一级好氧区的硝酸盐完全反硝化所需的碳源，第一级进水量应满足释磷反应和将内回流污泥中硝酸盐反硝化所需的碳源，最后一级进水流量应尽可能小，以保证出水总氮达标，根据进水水质、出水水质、水温及进水量进行流量分配，一般可采用等负荷流量法和流量分配系数法，负荷流量法：生物池各级悬浮固体浓度（MLSS）呈递减分部，为保证硝化反应效果，进水流量一般应呈现递减分部。流量分配系数法：可以充分利用原污水中的碳源，可提高生物池脱氮效率，并使最后一段进水量最少，也可根据实验或参考类似工程进行流量分配。

3.6 A/O 容积比

缺氧区和好氧区的容积比对除磷影响不大，对硝化和反硝化效果影响很大。对可生化性较好的污水，A/O容积比采用较小值，对可生化性较差的污水，A/O容积比采用较大值，污水温度较低，A/O容积比采用较小值，污水温度高，A/O容积比采用采用较大值。缺氧区好氧区容积比一般为1:1.5~1:2.5。

有研究表明，在满足硝化和去除有机物要求的前提下，缺氧区和好氧区的容积比为1:1.6时，能让生物池各段更好地处理污水，使有机氮尽可能地被硝化和反硝化，而偏小或偏大均会影响氮磷去除效果并导致缺氧池的二次释磷。

3.7 污泥回流比

多段多级AO工艺一般情况下可省去内回流，只设置外回流系统，污泥回流至首端厌氧区，污泥回流比大小主要影响生物污泥浓度，污泥龄以及对总胆、总磷的去除率。选择合适的污泥回流比要兼顾生物池总氮和总磷的去除效果。

随着污泥回流比增大，生物处理系统的TN去除率提高，TP龋去除率呈现下降趋势。此外，污泥回流比增大，还会增加动力消耗和运行费用。因此，污泥回流比大小只需要保证生物池内有足够的污泥浓度。

设计和运行控制中，根据污泥回流比、水质水量、污泥活性等具体情况确定，综合考虑各种因素污泥回流比一般取50%~70%，污泥回流泵以80%污泥回流比选用。

3.8 溶解氧控制

溶解氧是该工艺最主要的控制参数。其控制策略如下一是好氧段采用渐减曝气的方式溶解氧自2mg/L逐步递减到末端的<0. 5mg/L采取电动阀门和在线溶氧仪、风量、风压仪表联合调整风量是比较稳定的控制方法。二是必须保证好氧段末端溶解氧较低防止在缺氧段溶解氧与硝酸盐竞争电子供体抑制硝酸盐还原酶的合成和活性从而造成进水有机物的不合理利用 降低了缺氧段的反硝化容量。三是该条件下好氧段易发生明显的同步硝化反硝化现象但必须保证氨氮控制在1. 5-4mg/L,才能缓冲进水氨氮负荷的变化 同时兼顾除磷需要。

综合考虑，多段多级AO工艺中DO浓度建议采用值如下：最后一级好氧区的DO浓度控制在1.4~1.8mg/L，其余各级好氧区的DO浓度控制在0.5~1.0mg/L,从好氧区末端进入缺氧区的DO控制在0.2~0.3mg/L。

在设计和运行中主要存在以下问题影响出水水质

一是不设置脱氧区这是造成总氮去除率低下的原因。在好氧段足够池容下应设置脱氧区优先采用渐减曝气从而在末端实现脱氧区功能或者在缺氧段池容足够时采用中部配水。二是溶氧仪安装在好氧段末端的脱氧区造成不能对曝气量进行精确控制。溶氧仪安装在最佳位点，既可以保证数值在仪表的精确量程内又可以对池内有机物和氨氮去除有明显的判断保证供给合适的气量控制前后的溶解氧。