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我国多数城市污水的C/N低，依靠传统脱氮除磷工艺，存在供氧动力消耗大，反硝化碳源不足，产生大量剩余污泥，难以同时保证高效脱氮除磷等弊端，很难满足污水处理厂出水水质标准日益提高的要求。因此，亟待探寻低碳源城市污水脱氮除磷新方法与新途径。
传统生物脱氮除磷工艺多采用单污泥系统，即利用同一混合微生物种群完成有机物氧化、硝化、反硝化和除磷，如A2/O、UCT、CASS、UNITANK等。但多种处理功能的高度关联性增大了运行控制的难度，也限制了其处理效能。因碳源缺乏及硝化菌和聚磷菌泥龄的差异，导致传统城市污水处理工艺无法同时实现高效脱氮除磷。针对传统生物脱氮除磷工艺存在的问题，开发出“A/O除磷+半亚硝化-厌氧氨氧化（ANAMMOX）自养脱氮”三污泥系统工艺，该工艺三污泥系统包含除磷系统、半亚硝化系统和ANAMMOX系统。城市污水先在A/O系统中进行强化除磷，然后在ANAMMOX系统中实现自养脱氮，除磷和脱氮在空间上得以分离，避免了不同细菌之间的相互干扰，解决了碳源不足的矛盾。
通过小试装置对三污泥系统处理低C/N城市污水进行了有效的尝试和探索，考察了各污泥系统的运行情况和处理效能，实现了城市污水营养物经济高效去除。试验条件及主要结果如下：
在A/O除磷系统，好氧区DO浓度平均为2.0mg/L、常温（15～29℃）、污泥回流比为75％、水力停留时间（HRT）为3.6h和污泥停留时间（SRT）为3～5d条件下，出水总磷（TP）≤0.5mg/L，整个运行期间TP去除率均值为95.3％，最高达到了98.3％。
在半亚硝化系统，通过改进的充氧方式（向曝气筒内充氧，气提作用使筒内液流与筒外液流形成内循环，为曝气筒外混合液提供溶解氧，各格室形成好氧/缺氧内循环运行模式）来控制半亚硝化系统内DO基质缺乏竞争梯度。在曝气筒中DO为0.5～1.0mg/L，曝气筒外DO<0.2mg/L、常温（15～29℃）、反应器污泥浓度（MLSS）≥4000mg/L和HRT为4.6h条件下，实现了亚硝氮累积率为75％～96％的半亚硝化，试验获得亚硝氮累积率平均为85％。随着回流比的加大，亚硝氮累积率持续稳定上升。长期在低DO条件下运行，污泥沉降性能良好，SVI值在70～110mL/g。半亚硝化工艺出水NO2--N/NH4+-N平均为1.0，可为城市污水的ANAMMOX提供合适的进水基质。
在ANAMMOX系统，水温为27～30℃和HRT为1.4h条件下，出水总氮（TN）≤8mg/L，最低值为1.6mg/L，TN去除负荷与进水TN负荷呈现较好一次线性相关性，回归系数R为0.9596，TN去除负荷均值为0.39kg N/（m3·d），最高达到0.57kgN/（m3·d）。
三污泥系统中聚磷菌、氨氧化菌和ANAMMOX菌均在各自适宜的环境条件下生存，优化了污泥种群，提高了各工艺单元的处理效率。处理水COD≤30mg/L、TN≤8mg/L、TP≤0.5mg/L，出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准。