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两级AO与三级AO工艺比较
来源：广州超禹膜分离技术有限公司
发布时间：2026-07-09 14:01
目前，我国污水处理厂多采用以活性污泥法为核心的污水处理工艺，其中近半数的污水处理厂采用缺氧-好氧（AO）工艺，AO工艺具有运行稳定、成本低等优点，但因TN去除效果受回流比的制约，TN去除率一般为60%~80%。随着国家对脱氮需求的日益提高，传统AO工艺较难满足对TN的处理要求，多级AO工艺应运而生。通过两个或多个AO的串联，前一级好氧产生的硝酸盐为后一级缺氧提供反硝化基质，从而达到降低内回流比并提高总氮去除效果的目的。然而，分级过多也会增加运行难度，所以目前国内应用较多的是两级AO或三级AO工艺。以华南某污水厂为例，对两级AO和三级AO工艺进行比较分析，旨在为类似工程的技术路线选择提供参考。
一、工程概况：
华南某污水厂总占地8hm2，原设计规模9×104m3/d，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、广东省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）（以下简称“准Ⅴ类”）。污水厂已满负荷运行，依据相关规划需进行扩建，出水标准在现况基础上，需考虑远期TN≤10mg/L的要求。综合考虑厂区的实际情况，此次扩建土建规模为7×104m3/d，近期按5×104m3/d运行，远期达到7×104m3/d规模，全厂达到16×104m3/d处理能力。
受厂区占地制约，初步拟定扩建采用“多级AO+周进周出矩形沉淀池+高效沉淀池+纤维板框滤池”的工艺路线；各主要建（构）筑物土建均按照7×104m3/d建设，设备按照5×104m3/d安装，生物池近期采用多级AO工艺，远期通过投加悬浮载体形成泥膜复合工艺满足扩容40%的需求。此次设计时，水力条件按7×104m3/d规模考虑，生化处理按5×104m3/d规模考虑。该项目拟采用多级AO工艺，故进行两级AO和三级AO的比较。
二、两级AO与三级AO比较：
① 工艺流程：多级AO工艺的核心是利用前一级好氧产生的硝酸盐在下一级进行缺氧反硝化，从而降低内回流比；理论上分级越多，TN去除效果越好，但控制越复杂。工程中以两级AO和三级AO为主，两级AO一般在第一级AO设计内回流，而三级AO一般不设内回流。北京采用两级AO的污水厂包括清河（40×104m3/d）、小红门（50×104m3/d）、高安屯（40×104m3/d）、定福庄（20×104m3/d）、槐房（60×104m3/d）等，该工艺具有设备简单，运行、维护成本低，抗冲击负荷强等优点，同时与其他工艺的契合度较高，便于后续改造，提升出水标准。理论上三级AO串联能够取消内回流设备，可以更加合理地分配碳源，降低投资和运行成本，该工艺主要应用于碳源充足、对脱氮要求较高的场合，其典型案例包括云南曲靖污水处理厂（8×104m3/d）、天津市宁河区城市污水处理厂（9×104m3/d）、天津张贵庄污水处理厂（20×104m3/d）和北京稻香湖再生水厂（8×104m3/d）等。
无论是两级AO，还是三级AO，均建议在第Ⅰ级AO设置内回流，以便在第Ⅰ级缺氧区充分利用原水碳源最大程度进行反硝化；三级AO在第Ⅲ级末端设置向第Ⅰ级缺氧区的内回流，总氮和总磷去除量略有提高，但有机物去除效果反而降低，推测是由于设置回流后生物池内整体流量增大，携带进入缺氧区的溶解氧影响了缺氧环境，且生物池各区实际水力停留时间缩短，各区域工况转换加快造成效率降低。对于类似于该工程的进水总氮浓度不高的南方水质，两级AO完全能够满足出水水质要求，三级AO无明显优势；对于高COD、高总氮情况，三级AO可能更加适合。
② 调整配水比研究：两级AO和三级AO均设置第Ⅰ级AO回流比为100%，进行多点进水配水比的研究（1∶0∶0、3∶7∶0、2∶4∶4）。1∶0∶0，即全部进水由最前端进入；3∶7∶0，即三级AO仅在厌氧区和第二级AO配水。配水比对出水水质略有影响，总体趋势为末端配水比例增大，出水总氮、氨氮、总磷浓度升高，曝气量也逐渐增大。当进水比为3∶7∶0时，三级AO的TN去除效果和气水比略优于两级AO。然而，在实际运营中此差距一般可以忽略不计，而且随着末端配水比例增大，虽有利于反硝化过程中碳源的利用，但由于氨氮、有机物、总磷的输入，势必造成生化反应负荷的增加。因此，建议保留多点进水的形式，运行中根据实际水质进行阶段性调整。值得注意的是，尽管当进水比为2∶4∶4时，三级AO的TN去除效果优于两级AO，但随着后端进水量的增加，出水氨氮呈上升趋势，此时氨氮已不能满足出水标准。
③ 两级AO和三级AO处理效果：按照HRT=14h、各级池容比例1∶1∶1、第Ⅰ级AO设置100%内回流且进水比为4∶3∶3进行三级AO配置，模拟100%回流和关闭回流两种工况；按照HRT=14h、设置100%内回流且进水比为4∶3∶3进行两级AO配置。结果显示，两级AO出水总氮最优，为6.29mg/L；三级AO前端开启100%内回流工况次之，为7.51mg/L；三级AO无内回流工况较差，为8.52mg/L，以上3种情况均能够满足出水校核水质要求（TN≤10mg/L）。
两级AO和三级AO的设计参数对比。可知，无论是两级AO还是三级AO，TN达到出水要求所需的水力停留时间均小于18h。对比两种工艺，主要有以下不同：a.理论上，三级AO上限更高，即运行得当，投资及运行成本均较低；而两级AO的设备及分段数少，设备费用低，运行管理难度低；b.针对该工程，由于兼顾远期，池容按18h设计，无论是采用两级AO，还是三级AO，工程的土建投资均一致，三级AO设备费用更高，因此从投资角度而言，采用两级AO更加节约；c.运行成本上，三级AO能够节省100%的混合液回流费用，约0.002元/m3；再考虑实际运行中三级AO交替缺氧、好氧条件造成的碳源利用率下降，其实际运行成本差别将更小。
④ 远期悬浮载体情况分析：由于该项目的特殊性，生物池需考虑远期扩容方案的可行性和便利性，即远期投加悬浮载体的影响。MBBR工艺的核心是通过投加悬浮载体提高反应池内污泥量，可以投加在好氧池，也可以投加在缺氧或厌氧池，但考虑到悬浮载体的流化，若投加于厌、缺氧池会大幅增加搅拌功率，因此优先推荐好氧池投加，厌、缺氧区的池容可以通过切割好氧区补足，而好氧区则通过悬浮载体弥补池容的不足。即好氧区不足的池容通过增加的悬浮载体来承担，然后通过污染物负荷换算成所需的悬浮载体量，再控制一定的填充比例得到投加容积。通过以上对比可知，由于三级AO的分区过多，且每个分区容积相似，其改造难度高于两级AO，施工、运行难度以及拦截筛网设备增加，投资也高于两级AO。因此，采用两级AO更有利于未来与悬浮载体进行耦合。
⑤ 比较结果：基于以上分析，无论是两级AO，还是三级AO，均能够实现出水总氮≤10mg/L的目标，在该项目用地有限、近期池容需尽量扩大、远期投加悬浮载体的边界条件下，两级AO在近期投资、设备管理维护便利性上具有优势，同时在远期投加悬浮载体改造时耦合度更高，总体投资更省，改造、运行难度更低。因此，综合考虑后，此次设计推荐采用两级AO工艺。
三、结语：
以华南某污水厂为例，借助BioWin仿真模拟，对两级AO和三级AO工艺进行了技术经济比较。两级AO设备及分段数少，设备费用低，运行管理难度低，更适用于华南地区进水TN不高的情况；三级AO在第Ⅲ级末端设置向第Ⅰ级缺氧区的内回流，反而影响TN去除效果，增大了管理运行难度，提高了投资费用。设计同时满足近期规模5×104m3/d以及TN≤10mg/L的处理需求，远期7×104m3/d的处理规模可通过耦合悬浮载体实现。实际运行效果与BioWin模拟结果基本相符，出水TN均值为6.86mg/L，满足设计要求。
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