传统的脱氮除磷技术由于工艺形式的限制，在处理低碳氮比污水时脱氮和除磷往往无法兼得。分段进水突破了传统AAO工艺的单点进水，具有有机物去除率高、污泥浓度较高等优点。国内外有很多学者从工艺设计参数和运行影响因素、模型模拟、性能优化等角度对分段进水进行了大量的研究。在此基础上，刘胜军等人提出了MAAO(multilevel anaerobic/anoxic/oxic process)工艺。该工艺有着优化利用碳源、减少曝气能耗，降低污泥产率等优点，目前已经在西安市某污水处理厂投入使用。不过由于该工艺调节参数复杂，具体的运行机理尚不十分明确，因此本实验对该工艺的运行优化策略进行深入研究。本研究以实验室配水模拟的污水厂进水为处理对象，优化改良MAAO工艺的运行条件，研究该工艺的脱氮除磷性能和各污染物的去除机制。

　　1、材料与方法

　　1.1 实验装置和实验方案

　　MAAO系统由原水箱、反应器、终沉池三部分连接组成。原水箱容积75L。MAAO系统由有机玻璃构成，有效容积14L，共分为4级，每一级由厌氧、缺氧、好氧3个区域组成，厌氧/缺氧/好氧体积比为1∶2∶4，从级到第四级共分为12个区域。二沉池为竖流式，总体积为9L。系统通过反应器好氧区底部安装的砂芯曝气头进行鼓风曝气，通过调整玻璃转子**计来调整曝气量。各池顶部设有恒速搅拌装置。搅拌电机为24V直流电机，转速为200rpm。进水和分流通过小型蠕动泵控制，污泥回流由蠕动泵控制。

　　如图1所示，系统共有4级进水，3级分流，进水比为本级进水量与整个系统的总进水量之比，分流比为去往下一级厌氧池的污泥量与本级缺氧池总流出污泥量之比。

　　1.2 接种污泥与实验用水

　　用于MAAO反应器接种的活性污泥取自西安市某处理厂二期工程(MAAO工艺)的第四级好氧区污泥进行自然驯化。污水处理厂长期运行稳定，进水为城市生活污水，出水水质长期达到一级A标准。驯化三周后反应器二沉池出水悬浮物(SS)小于20mg·L-1，系统达到稳定。实验使用人工配水模拟生活污水，总体上保持进水基质浓度为定值，配水使用无水乙酸钠和葡萄糖按照提供COD1∶1的比例做为碳源，以氯化铵为氮源，磷酸二氢钾为磷源，具体配水水质为见表1。每升配水中添加0。4mL微量元素。

　　1.3 分析项目与方法

　　NH4+-N、NO-2-N、NO-3-N、TP按照标准方法测定，COD由快速消解仪(哈希，美国)测定。DO由便携式溶氧仪(HQ40d，哈希，美国)测定，温度由酒精温度计测定。

　　1.4 实验条件与运行方案

　　MAAO系统在室温(19～22℃)条件下运行。整个实验期间总进水**为28.8L·d-1，污泥龄控制为10～12d，污泥回流比为，混合液回流比为75%。具体运行条件见表2。厌氧、缺氧段DO控制在0～0.35mg·L-1，好氧区DO维持在0.5～1.2mg·L-1。

　　1.5 系统SND脱氮计算方法

　　系统通过SND途径去除的氮量和SND率可以通过公式(1)～(4)计算。

　　式中：NSND、Nde、和Nass分别为系统每天通过同步硝化反硝化、反硝化过程和同化作用去除的氮量，g·d-1；Nin和Neff为每天进入和排出系统的氮量，g·d-1；Ndn1、Ndn2、Ndn3、Ndn4、Nsec分别为各段缺氧池和二沉池反硝化作用去除的氮量，g·d-1；MLSSwaste为剩余污泥浓度，g·L-1；fVSS/SS为挥发性污泥浓度与MLVSS与MLSS的比值；Vwaste是每天的剩余污泥排放量，L；fN/bio为活性污泥中氮的含量，取12.39%。

　　2、结果与讨论

　　2.1 MAAO系统脱氮特性

　　各种工况条件下进出水氮浓度和去除率见图2。5种工况下的平均出水氨氮浓度分别为4.41mg·L-1、0.45mg·L-1、9.65mg·L-1、8.03mg·L-1、0.74mg·L-1，去除率分别为91.4%、99.2%、81.0%、84.9%、98.6%。其中工况一、工况二和工况五的出水氨氮较低，符合国家一级A标准，而工况二和工况五的氨氮去除率高，出水氨氮量接近于零，硝化反应彻底。对比表2可以看出，从工况五到工况二，总好氧区HRT变化为从125～113min，实际出水氨氮浓度相差不大，系统可以实现对氨氮的高效去除，说明工况五浪费了一定的剩余硝化容量。而工况三和工况四的总好氧区HRT则下降至101min，由于水力停留时间的限制，使得好氧区微生物没有足够的时间对进水中的氨氮进行完全的氨化作用，导致出水氨氮浓度较高。

　　图3为沿程各种存在形式的氮在工艺中的沿程浓度变化，表3为五种工况下的氮元素物料衡算结果。工况三和工况四的级和后一级进水量均为25%，从图3(c)～(d)可以看出，后一级的好氧区无法氧化较多的氨氮，导致出水氨氮含量较高，而硝氮含量比起其他工况则没有很大的变化，所以出水总氮含量偏高是由于系统后一级硝化能力不足引起的。同时工况三的总氮去除率也明显高于工况四，这说明在级的分流比增大时，对于MAAO系统的总体脱氮是有负面影响的。当级进水量上升为30%，第四级进水量下降为20%(工况一)时，分流比相对于工况三和工况四也**了，此时，系统硝化效果和总氮去除性能均得到加强，出水氨氮和总氮分别为4.41mg·L-1和11.87mg·L-1。继续**首段进水比例到35%，末端降至15%(工况二)。此时，好氧HRT和缺氧HRT都有较大**，硝化能力和反硝化能力继续上升，总氮去除率达到84.2%。然而当首段进水比例过高(50%)，即在工况五时，虽然总好氧HRT极大增加，但是从图3(e)可以看出，第四级出水中的氨氮含量接近于零，系统浪费了一定的硝化余量，同时由于级厌氧池和缺氧池并不能完全消耗掉50%进水中的COD，进水碳源也没有被有效利用，所以，虽然从氮的去除角度来说，该工况处于佳工况，但是会有大量的COD没有被有效利用，对系统的其他功能有严重影响。对于多段进水工艺来说，在其他运行条件不变的情况下，各段的进水量比例和缺氧池分流比例将直接影响系统的脱氮除磷效率。