目前国内大多数城镇污水处理厂排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GBl8918-2002）一级A，甚至更高，对污水厂脱氮除磷的要求也随之变高，同时伴随着碳源、化学除磷药剂使用量的大幅增加以及能耗的提高，污水厂的运行管理，除了保证稳定达标排放，对提高处理效率、减少能耗的要求也日益提高。
我国污水处理厂的工艺主要分为四类：A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺、生物膜法工艺。A2/O工艺及其改良工艺作为较为简单的同步脱氮除磷工艺，被广泛应用于国内外大型污水处理厂的实际运行当中。笔者以福州市某城镇污水处理厂A2/O工艺为研究对象，利用全流程分析，进行脱氮除磷的工艺优化，通过改变内回流运行方式和配水方式，在不外加碳源的情况下，优化脱氮除磷的同时，达到节能降耗的目的，节省运行成本。
1、全流程分析试验
(1)试验对象概况
该污水处理厂位于福州市东区，其中一组处理系统设计规模为10万t/d，采用A2/O加深床滤池工艺，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。该项目预处理采用转鼓细格栅和旋流沉砂工艺，生化处理采用多模式A2/O工艺，并投加PAC去除TP，二沉池出水经微絮凝反硝化深床滤池工艺深度处理和紫外消毒后排入城市内河水体。该项目生化池分为两个池子，每池5万t/d，可单独运行。具体工艺流程见图1。
(2)分析方法
本试验以该项目其中一组A2/O生化池为研究对象，该生化池的结构见图2，主要工艺参数如下：厌氧段、缺氧段和好氧段的HRT分别为1.5h、3.0h、6.5h，内回流比为，外回流比为70%，污泥龄为18～25d，污泥浓度为3000～5000mg/L。
全流程分析从生化池进水至紫外出水共监测11个取样点（0#～10#），取样点布置见图2，其中A1～A6为厌缺氧池，O1～O3为好氧池。除0#和10#水样不做处理外，其余水样沉淀15min后取上清液，采用0.45μm滤纸过滤后再检测水质指标，水样检测指标包括TN、NH4+-N、NO3--N和TP等。
(3)试验工况
以生产现场为依托，通过调整回流比和多点配水，监测各个工况下的脱氮性能和除磷效果。试验工况如表1所示。
(4)全流程分析
①工况一条件下的分析工况一为试验开始阶段的工艺，该工艺兼顾脱氮除磷。图3为工况一条件下A2/O生化池的脱氮效果，因进水点为A1、A2和A5，因此A5和A6池NH4+-N浓度有所升高，随后O1段开始明显下降，至O2段NH4+-N已基本降解完全；因内回流点为A3、且A2和A5进水补充碳源，因此A3-A5池发生反硝化反应，NO3--N浓度下降；生化池末端出水的TN与污水厂总出水口的TN接近，TN的去除率为52.4%。
从图3、图4可知，A1和A2池均存在5mg/L以上的硝态氮，厌氧环境不佳，生物释磷没有发生，因A5有进水，A6池释磷效果比较明显，TP上升；好氧段生物吸磷效果比较明显，TP下降。通过生化池末端投加PAC，TP浓度进一步降低，出水TP浓度约0.2mg/L。
②工况二条件下的分析
工况二为强化脱氮工艺。图5为工况二条件下A2/O生化池的脱氮效果，内回流点为A1，NO3--N浓度上升，A2进水点供应进水碳源，A2发生反硝化反应，NO3--N浓度下降趋势，但A3-A6反硝化反应不明显。系统的TN去除率为54.5%。
从图6可以看出，在工况二的条件下，生物除磷基本没有发生，只有A1池TP明显下降，除了内、外回流混合液的稀释作用，因为PAC药剂在系统中循环也去除了一部分TP
③工况三条件下的分析
工况三为强化除磷工艺。图7为工况三条件下A2/O生化池的脱氮效果，在没有内回流的情况下，回流到A1池的外回流液携带少量NO3--N，至A2池NO3--N浓度下降到0.39mg/L，且A1为进水点，说明来自外回流的NO3--N在A1池内已经基本被反硝化，因此从A2～O1段NO3--N处于很低的水平；NH4+-N在系统中呈逐渐下降趋势。系统的TN去除率只有28%。
从图8可以看出，在工况三的条件下，A池生物释磷明显，TP浓度上升；在好氧段，生物吸磷作用发生，TP浓度下降。说明该工况生物除磷的作用较为明显。
从全流程分析结果可以看出，工况一（即单点内回流、多点配水）的情况下，生物脱氮和除磷均有一定效果；工况二（单点进水、单点内回流）的情况下，系统基本没有生物除磷作用，反硝化效果较好，有利于生物脱氮；工况三（单点进水，没有内回流）的情况下，系统反硝化作用较低，但生物除磷效果佳，可以在不投加PAC的情况下实现除磷目标。
2、生产性试验
针对全流程分析结果，在实际生产过程开展生产性试验。试验时间为2020年3月19日～2020年8月17日，其中2020年3月28日～4月7日因进水水质异常低不纳入统计，工况三试验期间开启内回流的时段而不纳入统计。试验期间各种工况下进水平均COD浓度分别为127mg/L、121mg/L和134mg/L，均未外加补充碳源。