厌氧 - 缺氧 - 好氧（Anaerobic - Anoxic - Oxic，简称 AAO 或 A²/O）工艺凭借其显著优势和各种改良方式。今天咱们针对 AAO 工艺的原理、流程、特点、运行管理要点，以及在此基础上发展出的各类改良工艺进行全面探讨，很显然今天的字数比较多，但是也很容易懂。

AAO 工艺基本原理与流程

基本原理

AAO 工艺基于生物脱氮除磷的基本理论，巧妙地将厌氧、缺氧、好氧三个生物处理过程串联起来，通过不同微生物菌群在特定环境下的代谢活动，实现对污水中氮、磷和有机物的同步去除。

在厌氧环境中，聚磷菌处于压抑状态，为获取能量，它们分解细胞内的聚磷酸盐并释放出磷，同时摄取污水中的易降解有机物，将其转化为聚羟基脂肪酸酯（PHB）储存于细胞内。部分含氮有机物在这一阶段进行氨化反应，使污水中的氨氮浓度有所上升。

当污水进入缺氧区，反硝化细菌利用从好氧区回流而来的硝态氮作为电子受体，以污水中剩余的有机物为碳源进行反硝化反应，将硝态氮还原为氮气，从而实现脱氮。

好氧区则是多功能区域，在这里，有机物被好氧微生物进一步降解，氨氮在硝化细菌的作用下进行硝化反应，转化为硝态氮，聚磷菌在这一富氧环境中大量摄取磷，以聚磷酸盐的形式储存于细胞内，使得污泥中的磷含量显著增加，通过排放富含磷的剩余污泥，达到除磷的目的。

工艺流程

典型的 AAO 工艺流程中，经过预处理的污水首先与从二沉池回流的活性污泥一同进入厌氧区。在厌氧区内，聚磷菌释放磷并摄取有机物。随后，污水流入缺氧区，在反硝化细菌的作用下进行脱氮反应。最后，混合液进入好氧区，完成有机物的降解、氨氮的硝化以及磷的吸收。处理后的混合液进入二沉池进行泥水分离，上清液达标排放，部分污泥回流至厌氧区，以维持系统内的微生物浓度。

AAO 工艺的特点

优势

同步脱氮除磷与低成本：AAO 工艺在去除有机碳污染的同时，还能有效去除污水中的氮和磷。相较于传统活性污泥法后加深度处理工艺，AAO 工艺不仅投资少，运行费用低，而且避免了大量化学污泥的产生。

工艺简单高效：厌氧、缺氧和好氧交替运行的方式，使 AAO 工艺能够同时实现除磷、脱氮和去除有机物的功能。该工艺的流程简洁，污水停留时间相对较短，能够在较短的时间内完成各项处理任务。此外，这种运行方式有效避免了常规活性污泥法中经常出现的污泥膨胀问题。

运行方式灵活：AAO 工艺可以根据实际需求，以强化脱氮或强化除磷的方式运行。通过调整污泥负荷、回流比和泥龄等参数，能够使工艺适应不同进水水质的要求。

缺点

回流污泥和溶解氧的影响：进入沉淀池的混合液需维持一定溶解氧浓度。这一操作旨在防止沉淀池中发生反硝化反应，避免污泥厌氧释磷现象出现。但与此同时，溶解氧的存在使得回流污泥和回流混合液中携带一定量氧气。不仅如此，回流污泥中的硝酸盐，同样会对厌氧释磷过程造成干扰，最终降低除磷效果。再从剩余污泥角度来看，系统所排放的剩余污泥中，只有一部分污泥完整经历了厌氧和好氧过程。这意味着，并非所有污泥都能充分吸收磷，一定程度上限制了污泥对磷的吸收效率，同样对整体除磷效果产生不利影响 。

AAO 工艺的运行管理要点

内外回流

为减少厌氧段硝酸盐的含量，可将回流污泥分两点加入。在保证回流比不变的前提下，将回流污泥加入厌氧段，其余回流至缺氧段，以满足脱氮的需要，提高系统的整体处理效果。

内回流比：通常维持在 200% - 400% 之间，具体数值需根据进水的 TKN（凯氏氮）浓度，以及预期达到的脱氮效率进行调整。TKN 浓度越高、对脱氮效率要求越高时，往往需要适当提高内回流比，以保障充足的硝化液回流，促进反硝化反应进行。

外回流比：取值一般在 20% - 100% 范围内。值得注意的是，为防止二沉池出现反硝化和二次释磷现象，在确保这一前提的情况下，应尽量降低外回流比。这是因为过高的外回流比会将大量的硝态氮带回厌氧段，从而干扰厌氧段磷的正常释放。

底物浓度

在脱氮除磷系统里，反硝化反应与厌氧释磷过程均依赖充足的底物浓度，碳源是脱氮除磷的基础。因聚磷菌对碳源的竞争力弱于反硝化菌，A2/O 工艺将厌氧段置于生化系统前端，并仅把硝化液内回流至缺氧段，确保聚磷菌优先利用进水中的碳源 。但外回流会将部分硝化液带入厌氧段，当回流量过大，会影响聚磷菌繁殖和释磷效率。通常，厌氧段硝态氮浓度低于 1.5mg/L 时，对聚磷菌影响较小，大于2mg/L 时能抑制磷的释放。

有机负荷 F/M

当污水温度较高时，微生物的活性增强，能够更为高效地分解代谢污水中的有机污染物。因此，在这种情况下，F/M 值可以适当提高。相反，当污水温度较低时，微生物的活性受到抑制，代谢速率减缓，此时就应降低 F/M 值，以确保微生物有足够时间对有机污染物进行处理。

若对出水水质的标准较为严格，为保证处理效果，需要降低 F/M 值，让微生物有充足时间对污水中的污染物进行深度处理。反之，如果对出水水质要求相对宽松，适当提高 F/M 值，可以在满足水质要求的同时，提升处理效率，降低运行成本。

不同污水处理厂的实际运行情况存在差异，每个厂的进水水质、处理工艺以及设备条件都有所不同。通常将AAO工艺 F/M 值控制在 0.05～0.1kgBOD/(kgMLSS・d) 范围内。

溶解氧（DO）

不同处理阶段对溶解氧的要求不同。在硝化的好氧段，DO 应控制在 2.0mg/L 以上，一般在 2.0-3.0mg/L 以满足好氧微生物和硝化细菌的代谢需求。

在反硝化的缺氧段，DO 应控制在 0.5mg/L 以下，为反硝化细菌创造适宜的缺氧环境。

在除磷厌氧段，DO 应控制在 0.2mg/L 以下，确保聚磷菌在厌氧条件下顺利释磷。

剩余污泥排放

剩余污泥排放宜根据泥龄来控制。当泥龄控制在 8 - 15d 时，系统既能实现一定的脱氮效果，又具有一定的除磷能力；当泥龄小于 8d 时，硝化效果较差，脱氮效果不明显，但除磷效果较好；当泥龄大于 15d 时，脱氮效果良好，但除磷效果会受到影响。

从生物脱氮和除磷的原理来看，二者对污泥龄及 F/M（污泥负荷）的要求存在差异。生物脱氮的关键在于实现完全的生物硝化，这是达成高效生物脱氮的必要前提。一般来说，F/M 越低，污泥龄 SRT 就越高，脱氮效率也随之提升。然而，生物除磷的情况却与之相反，它需要较高的 F/M 和较低的 SRT。

磷释放

在 AAO 工艺系统里，微生物通过厌氧释磷、好氧吸磷去除污水中的磷，致使剩余污泥中聚磷菌含有大量磷，含磷量较高。当剩余污泥进入消化环节，环境条件改变，聚磷菌细胞内聚磷酸盐分解，磷重新释放。若采用污泥浓缩工艺，务必保证脱水连续性，因为剩余污泥在浓缩池中滞留时间过长，微生物代谢及有机物分解产生的酸性物质，会促使磷释放 。

水质参数控制

理论上分析C/N≥2.82就能进行生物脱氮，实际工程宜C/N≥3.5才能进行有效脱氮。如果 C/N 过低，意味着碳源不足，反硝化菌就缺乏足够的能量来源，反硝化反应无法充分进行，导致脱氮效果不佳。如果 C/N 过高，说明碳源过量，可能会导致出水的有机物含量超标，同时也可能造成资源浪费。

运行过程中，应定期核算污水入流水质是否满足 BOD₅/TKN 大于 4.0、而BOD₅/TP，一般认为该比值大于20，或溶解性BOD/溶解性P大于12～15，比值越大，生物除磷效果越好。生物除磷工艺，聚磷菌需在厌氧阶段吸收碳源（VFA），理想C/P ≥ 20~30。若不满足，需补充碳源，以保证微生物的正常代谢和脱氮除磷效果。

pH控制

脱氮除磷工艺各功能段对 pH 值的要求较为接近。硝化反应中，每硝化 1g 氨氮，约消耗 7.1g 碱，这会导致 pH 值下降。因此，若氨氮含量较高，需补充碱。

若氨氮含量不高，水体自身可实现酸碱平衡。反硝化阶段，每转化 1g 硝态氮，会产生 3.57g 碱，这些碱可为后续硝化阶段补充约一半的碱度。

反硝化菌适宜的 pH 值范围为 6.5-7.5，相比之下，硝化菌适宜的 pH 值范围为 7.5-8.5，要求更严格。实际运行时，即便进水 pH 值稳定，系统各段的 pH 值仍可能显著变化，此时需重点考虑硝化和反硝化反应对 pH 值的影响。满足脱氮除磷的 pH 值要求，磷和有机物的去除效果也能基本得到保障。

污泥浓度

在污水处理系统里，生化池中污泥浓度的合理控制，对系统稳定运行和处理效果起着决定性作用。一般情况下，生化池中污泥浓度的正常范围在 2500～4500mg/L，其具体数值主要取决于曝气系统的供氧能力，以及二沉池的泥水分离能力。从有效降解污染物质的角度来说，较高的污泥浓度（MLSS）能提升系统的稳定性。

不过，MLSS 并非越高越好。当 MLSS 超出合理范围，生化池会出现供氧不足的问题，因为维持高污泥浓度需要消耗更多的空气量，进而增加电能消耗。同时，过高的 MLSS 对二沉池的泥水分离能力提出了严苛要求。此外，污泥负荷过低时，碳源、氮源等营养物质的缺乏会降低污泥活性，影响出水水质。过高的 MLSS 还会增大生化池搅拌和氧气扩散的阻力，加重二沉池的运行负荷。

反之，若 MLSS 浓度过低，系统会处于超负荷（污泥负荷过高）运行状态。这不仅会导致污泥中的微生物絮凝性和沉淀性变差，还会使出水的 COD、氨氮等指标超标。

MLVSS/MLSS

通常，这一比值维持在 50% - 80% 之间。污泥中 MLVSS 的含量并非一成不变，其数值主要受进水水质的影响。当 MLVSS 的占比较低时，意味着污泥中的有效生物量相对不足。为了保证污水处理系统的处理效能，需要适当提高 MLSS 的浓度，以此确保系统内有足够的有效生物量来降解污染物。

污水处理过程中的化学操作也会对 MLVSS/MLSS 比值产生影响。例如，在采用投药除磷工艺时，大量的无机药剂被添加到系统中，使得剩余污泥中无机成分显著增加，进而导致 MLVSS 在 MLSS 中的占比降低。这不仅影响了污泥的活性，还可能对整个污水处理系统的长期稳定运行造成不利影响。

外观状况

优质的活性污泥，通常呈现黄褐色，带有轻微泥土气息。但活性污泥的色、嗅会随污水处理系统的运行状况发生显著变化。当生化系统供氧不足时，厌氧微生物的代谢活动增强，会致使污泥发黑，散发出腐臭气味。相反，若曝气池溶解氧过高，或进水水质过淡、负荷过低，污泥中的微生物会因自身氧化，导致污泥色泽变浅。

对曝气池进行巡视，也能获取大量关于污泥性状的信息。通过直接观察，可以判断污泥的颜色、气味和絮凝状况。

观察液面翻腾情况，能了解曝气是否均匀，而观察液面泡沫状况，是判断系统运行是否正常的重要途径。当泡沫数量适中，易碎、黏性低，且呈乳白色时，表明系统运行稳定。一旦泡沫数量明显增多，或者色泽异常、黏性增大难以破碎，就可能预示着系统出现了问题 。

二沉池作为泥水分离的关键环节，其运行状况与好氧活性污泥的性状紧密相关。在巡视二沉池时，需重点关注泥面高度、上清液透明程度、是否有漂泥现象以及漂泥泥粒的大小等。

二沉池上清液清澈透明，表明系统运行正常，污泥性状良好。上清液浑浊，意味着污泥负荷过高，对有机物的氧化分解不够彻底。泥面上升，且污泥容积指数（SVI）偏高，说明污泥发生膨胀，沉降性能变差。出现细小污泥漂泥现象，可能是水温过高、曝气过度、碳氮比（C/N）失衡、营养物质缺乏等原因，致使污泥解絮。

AAO 工艺的改良与衍生工艺

改良 AAO 工艺

针对 AAO 工艺中回流污泥中的硝态氮会消耗厌氧区碳源，影响聚磷菌释磷的问题，研究人员开发了改良 AAO 工艺。该工艺在普通 AAO 工艺前增加了前置反硝化段，将全部回流污泥和 10% - 30%（可根据实际情况调节）的水量引入前置反硝化段。在此，利用少量进水中的可快速分解有机物作为碳源，去除回流污泥中的硝酸盐氮，为后续厌氧段聚磷菌的磷释放创造良好环境，从而提高生物除磷效果。

改良 Bardenpho 工艺

改良 Bardenpho 工艺由厌氧 - 缺氧 - 好氧 - 缺氧 - 好氧五段组成。第二个缺氧段利用好氧段产生的硝酸盐作为电子受体，以剩余碳源或内碳源作为电子供体，进一步提高反硝化效果。最后好氧段主要用于吹脱氮气。由于该系统脱氮效果好，回流污泥中的硝酸盐对厌氧池释磷反应的影响较小，能够使整个系统达到较好的脱氮除磷效果。

UCT 工艺

UCT 工艺由南非开普敦大学研究开发，其核心思想是减少回流污泥中的硝酸盐对厌氧区的影响。与 AAO 工艺不同，UCT 工艺的回流污泥回到缺氧区而非厌氧区，从缺氧区出来的混合液硝酸盐含量较低，再回流至厌氧区，为污泥的释磷反应提供了最佳条件。此外，该工艺厌氧区停留时间较长，混合液悬浮固体浓度较低。

改良 UCT 工艺中，污泥回流到分隔的第一缺氧区，避免与混合液回流到第二缺氧区的硝酸盐混合。第一缺氧区主要用于回流污泥中的硝酸盐反硝化，第二缺氧区则是系统的主要反硝化区。通过这种改进，该工艺可通过提高好氧池至第二缺氧池混合液回流比来提高系统脱氮率，由第一缺氧池至厌氧池的回流则强化了除磷效果。

VIP 工艺

VIP 工艺以 Virginia Initiative Plant 的首字母命名，除回流方式不同外，其余部分与 AAO 和 UCT 工艺较为相似。在 VIP 工艺中，所有区都采用分段式设计，各段由至少两个完全混合单元串联而成。回流污泥与来自好氧段的硝化循环流一起进入缺氧区首端，缺氧区的混合污泥再回流至厌氧区首端。通过这种回流方式，降低了厌氧段的硝酸盐负荷，增加了除磷能力，且污泥沉降性好。该工艺还可设计成高效反应系统，采用较短的 SRT，使生物除磷效率达到最大。

倒置 AAO 工艺

倒置 AAO 工艺：通过将常规 AAO 工艺的厌氧、缺氧环境倒置，有效解决了传统 AAO 工艺中存在的一些问题。该工艺采用较短停留时间的初沉池，使进水中的细小有机悬浮固体进入生物反应器，满足反硝化细菌和聚磷菌对碳源的需求，同时提高生物反应器中的污泥浓度。整个系统中的活性污泥都能完整地经历厌氧和好氧过程，避免了回流污泥中的硝酸盐对厌氧释磷的影响。此外，由于反应器中活性污泥浓度较高，促进了好氧反应器中的同步硝化、反硝化，可通过较少的总回流量达到较好的总氮去除效果。

分点进水倒置 AAO 工艺：分点进水倒置 AAO 工艺是对倒置 AAO 工艺的进一步改进。该工艺通过缺氧、厌氧两点分别进水，将大部分优质碳源分配给厌氧除磷，减少进入缺氧区的进水量。回流污泥、60% 的进水以及 50% - 100% 的好氧内回流均进入缺氧段，使更多的污泥经过完整的厌缺好氧环境，提高了单位池容的反硝化速率，强化了后续除磷效果。