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水体富营养化是当今世界各国环境保护面临的共同问题，开发出高效低耗的除磷脱氮工艺可有效削减排放到水体中的氮、磷等营养物质，有效防止水体富营养化;低浓度城市污水由于碳源不足，同时除磷脱氮存在困难，更有必要寻求高效除磷脱氮技术。传统的多级A/O工艺由于能在同一系统中完成脱氮除磷功能，流程简单，运行管理方便，因而得到广泛应用，是目前生物脱氮除磷的主流工艺。
为分别满足除磷菌、硝化菌、反硝化菌各自的生长条件及对泥龄的不同要求，本研究提出将传统多级A/O工艺改为多级不同A/O的新工艺;该工艺的特点是，将脱氮和除磷过程分置于前后两套不同的A/O系统中，前一级A/O采用活性污泥法除磷;后一级A/O采用生物膜法脱氮;实现了除磷菌与反硝化菌、硝化菌的空间分离，达到解决泥龄矛盾目的。由于后一级A/O中硝化产生的硝酸盐不进入前一级A/O，不影响除磷过程，该工艺同时也解决了硝酸盐干扰除磷的问题。
本研究以涉县清障污水处理厂的城市污水为处理对象，设计了多级A/O工艺试验装置，选定3种工况条件运行，进行了常温及低温条件下脱氮除磷试验研究。同时对中水回用及现有活性污泥法处理市政污水的工艺进行比较分析总结。
试验时间为2007年10月至2008年7月，试验结论如下：
1、最佳运行参数为：
前一级：泥龄5.5d，MLSS的质量浓度为1950mg/L，回流比35％，总停留时间3h，溶解氧的质量浓度为2.0mg/L左右。
后一级：A/O的回流比120％，总停留时间8h，溶解氧的质量浓度为3.0～4.0mg/L。
2、中水回用及深度处理采用“高密度机械澄清池+快滤池”工艺，经实际测试能使出水达到用户要求的出水标准。