AOA 工艺，全称 Anaerobic-Oxic-Anoxic（厌氧 - 好氧 - 缺氧）工艺，是传统 AAO 工艺的重要改进和优化变型。它主要针对传统 AAO 工艺在处理低碳氮比污水时存在的碳源竞争和脱氮除磷效率受限问题而发展起来的。

核心目标

1. 高效脱氮除磷：在单一系统中实现生物脱氮和生物除磷的高效协同。

2. 优化碳源利用：更合理地分配有限的有机碳源，优先满足生物除磷的需求，同时保证足够的反硝化脱氮。

3. 解决矛盾：缓解聚磷菌和反硝化菌对碳源的竞争矛盾。

工艺流程详解

AOA 工艺的核心在于改变了反应区的顺序和功能，具体流程如下：

1. 厌氧区

• 进水情况：进水（含原水碳源）和来自好氧区的回流污泥（含聚磷菌）首先进入厌氧区。

• 主要反应：

◦ 聚磷菌利用进水中易生物降解的挥发性脂肪酸作为碳源和能源，将体内储存的聚磷酸盐分解，释放出正磷酸盐到水中，同时合成细胞内储存物（如 PHB/PHV）。

◦ 部分复杂有机物被水解酸化菌分解为 VFAs，为聚磷菌提供底物。

• 功能：工艺的第一个反应区，主要进行聚磷菌的释磷和有机物的水解酸化。

• 关键条件：严格厌氧（DO≈0），无硝酸盐（NOx⁻）。

• 目的：为后续的好氧吸磷创造必要条件（使聚磷菌处于 “饥饿” 状态）。

2. 好氧区

• 进水情况：来自厌氧区的混合液进入好氧区。

• 主要反应：

◦ 硝化作用：氨氧化菌将氨氮转化为亚硝酸盐，亚硝酸盐氧化菌再将亚硝酸盐转化为硝酸盐。

◦ 好氧吸磷：聚磷菌利用在厌氧区合成的储存物（PHB/PHV）作为能量来源，大量吸收水中的正磷酸盐，合成聚磷酸盐储存在体内（远超过厌氧释放的量），实现磷的去除（通过后续排泥）。

◦ 剩余的有机物被好氧异养菌氧化分解为 CO₂和 H₂O。

• 功能：工艺的第二个反应区，主要进行硝化作用、聚磷菌的好氧吸磷以及有机物的进一步氧化分解。

• 关键条件：充足溶解氧（DO > 2mg/L）。

• 目的：完成氨氮的硝化、磷的过量吸收以及剩余有机物的矿化。

3. 缺氧区

• 进水情况：来自好氧区的混合液（富含硝酸盐）进入缺氧区。

• 主要反应：反硝化菌利用水中的内源碳源或进水中残留的缓慢降解有机物作为电子供体（碳源），将硝酸盐逐步还原为氮气逸出。

• 功能：工艺的第三个反应区，主要进行反硝化脱氮。

• 关键条件：缺氧状态（DO < 0.5mg/L），存在硝酸盐（NO₃⁻）。

• 特点：由于主要的易降解碳源在厌氧区已被聚磷菌优先利用，缺氧区可利用的碳源相对较少，因此反硝化速率可能较慢，需要足够的停留时间。

• 目的：将硝化产生的硝酸盐转化为氮气去除，完成脱氮过程。

关键特征与优势

1. 碳源优先供给除磷：这是 AOA 区别于 AAO（Anaerobic-Anoxic-Oxic）最核心的优势。在厌氧区，易降解碳源首先且专一地提供给聚磷菌用于释磷和储存 PHB，最大限度地保障了生物除磷的效果，尤其适用于进水碳源不足的情况。

2. 缓解碳源竞争：将缺氧区置于好氧区之后，进入缺氧区的硝酸盐是由好氧区硝化产生的。此时，进水中大部分的易降解碳源已在厌氧区被聚磷菌消耗掉，进入缺氧区的碳源主要是难降解或缓慢降解的有机物以及微生物的内源代谢产物，有效降低了聚磷菌和反硝化菌对同一优质碳源的直接竞争。

3. 高效的除磷效率：由于聚磷菌优先获得了优质碳源，其释磷和后续吸磷能力得到保障，通常能获得比传统 AAO 工艺更高的生物除磷效率。

4. 良好的脱氮能力：虽然缺氧区碳源受限，但通过合理设计（足够的缺氧区容积、较长的污泥龄），利用内源碳源和残留的缓慢降解有机物，仍然可以实现有效的反硝化脱氮。

5. 简化回流：通常只需要污泥回流（将从二沉池沉淀下来的污泥回流到厌氧区）。取消了 AAO 工艺中从好氧区末端到缺氧区前段的硝化液内回流，因为缺氧区直接位于好氧区下游，硝化产生的硝酸盐自然流入缺氧区，降低了能耗和系统复杂性。

6. 污泥龄设计：由于需要同时满足硝化菌（长泥龄）和聚磷菌（相对较短泥龄）的生长需求，AOA 工艺的污泥龄通常设计得比单纯除磷系统长，比单纯硝化系统短，是一个折中值（例如 10-20 天）。

AOA 与 AAO 工艺核心区别对比表

潜在的挑战与局限性

1. 缺氧区反硝化速率较低：由于进入缺氧区的碳源质量较差（难降解 / 内源），反硝化速率通常比传统 AAO 工艺的缺氧区慢。这需要更大的缺氧区容积或更长的水力停留时间来保证脱氮效果。

2. 对进水水质波动敏感：进水碳源浓度和组成的波动会影响厌氧区释磷效果和缺氧区反硝化效果。

3. 溶解氧控制要求高：好氧区末端溶解氧需要精确控制，既要保证硝化完全，又要避免过高的 DO 随混合液进入缺氧区破坏缺氧环境，影响反硝化。

4. 污泥龄矛盾：硝化菌需要较长泥龄，而聚磷菌在长泥龄下可能发生二次释磷。需要通过优化设计和运行参数（如排泥策略）来平衡。

5. 内源反硝化效率：依赖内源反硝化，其速率和程度相对较低。

适用场景

AOA 工艺特别适合于处理以下特点的市政污水或工业废水：

1. 低碳氮比污水：即 BOD5/TN 或 COD/TN 较低的污水，碳源相对不足。

2. 对除磷要求较高：需要高效生物除磷，且希望尽量减少化学除磷药剂用量的场合。

3. 现有 AAO 工艺升级改造：可通过调整隔断和流态，将传统 AAO 的缺氧区移到好氧区之后，改造成 AOA 模式。

总结

AOA 工艺通过巧妙地调整反应区顺序（厌氧→好氧→缺氧），实现了碳源优先供给生物除磷的核心目标，有效缓解了传统 AAO 工艺中脱氮与除磷的碳源竞争矛盾。它在处理低碳氮比污水时，尤其是在保证高效生物除磷方面，展现出显著优势。虽然缺氧区的反硝化效率可能因碳源受限而面临挑战，但通过合理的设计和运行优化（如保证足够缺氧容积和泥龄），AOA 工艺仍然是一种高效、节能且应用前景广阔的同步脱氮除磷主流工艺。