多点进水A1/O2/A3/A4/O5泥膜耦合工艺流程如图1所示。反应器尺寸为1.94 m×0.45 m×0.5 m，有效容积为265 L，碳钢防腐材质；反应器依次由厌氧段(A1)、好氧泥膜耦合段(O2)、厌氧段(A3)、缺氧段(A4)、好氧泥膜耦合段(O5)以及沉淀池(C)组成，体积分别为21、75、38、56、75 L；待处理污水通过多点进水方式分别进入厌氧段(A1)、厌氧段(A3)，通过内循环泵进行泥水混合营造厌氧环境，沉淀池(C)内部分污泥通过污泥回流泵回流至厌氧段(A1)，剩余污泥通过排泥泵进行外排，好氧泥膜耦合段(O5)内的硝化液回流至缺氧段(A4)，好氧泥膜耦合段(O2)、好氧泥膜耦合段(O5)内分别投加填充比为30%的MBBR悬浮填料。

实验用水采用中国安徽省马鞍山市经济开发区的实际生活污水。经检测发现，该污水具有氮磷浓度含量较高、BOD₅和COD较低等特点，属于比较典型的城镇低C/N比生活污水，实际进水水质如表1所示。

采用flexiHQ30d便携式溶解氧仪测定DO、温度，采用pH计测定pH；采用纳氏试剂比色法测定${\rm{NH}}_4^ +$-N，采用N-(1-奈基)-乙二胺分光光度法测定亚硝态氮，采用麝香草酚分光光度法测定硝态氮，用重铬酸钾法测定COD；采用钼锑抗分光光度法测定TP，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN，采用重量法测定SS^[15]。

多点进水A1/O2/A3/A4/O5泥膜耦合中试装置在18~24 ℃(恒温加热棒控制)条件下运行，接种污泥取自马鞍山市南部污水处理厂的泥饼，种泥的MLVSS/MLSS为0.54，污泥浓度为36.57 g·L⁻¹(以MLSS计)，污泥接种量为2 850 mg·L⁻¹(以MLSS计)。当系统正常运行时，系统内MLSS为2 032 mg·L⁻¹，回流污泥浓度为6 096 mg·L⁻¹(以MLSS计)。通过前期对反应器HRT的探索，发现当HRT为7 h、流量为0.91 m³·d⁻¹时系统对污染物去除效果最佳。保持总进水量在0.91 m³·d⁻¹运行条件下，通过调整不同的混合液回流比，开始对系统进行研究，每日取样2次，分别从各反应池出水口附近进行取样，测定进水、厌氧段(A1)末端、好氧段(O2)末端、厌氧段(A3)末端、缺氧段(A4)末端、好氧段(O5)末端、出水共计7个点位的不同污染物浓度。运行参数如下：总进水量0.91 m³·d⁻¹，好氧泥膜耦合段(O2/O5)悬浮填料的填充比为30%，溶解氧(DO)保持在1.5~3.0 mg·L⁻¹，厌氧/厌氧/缺氧段(A1/A3/A4)DO控制在0.10~0.15 mg·L⁻¹，多点进水量和回流流量通过阀门调节、流量计与人工测流量校核方式进行联动控制；通过前期试验获得进水点1和进水点2的最佳进水流量比为4∶6，污泥回流比为50%、总HRT为7 h，其中A1、O2、A3、A4、O5的HRT分别为0.33、1.33、0.66、1.00、1.33 h，并通过式(1)计算SRT为7.5 d。如表2所示，不同混合液回流比运行工况分为5个。

式中：S为污泥停留时间(SRT)，d；X为反应器中活性污泥的质量浓度，mg·L⁻¹；V_T为反应器总体积，L；Q_S为每天排出剩余污泥体积，L；X_R为剩余污泥的质量浓度，mg·L⁻¹。

由图2可知，当进水COD值在148.57~195.33 mg·L⁻¹内波动时，系统中工况1~5对应的出水COD值分别为21.95、20.82、21.69、23.45、22.95 mg·L⁻¹，COD去除率分别为86.41%、87.20%、86.29%、86.88%、87.10%。由此可见，混合液回流比对COD的去除率基本无影响，各运行工况下出水COD均优于国家(GB 18918-2002)一级A排放标准。综上所述，系统在不同混合液回流比测试条件下表现出稳定高效的COD去除能力。

由图3可知不同混合液回流比下COD的变化情况。绝大多数耗氧有机物(以COD计)在厌氧段(A1)、厌氧段(A3)和缺氧段(A4)被消耗。通过计算得出，在各工况下，COD在厌氧段/厌氧段/缺氧段(A1/A3/A4)的累计去除率占COD总去除率的比例分别为78.04%、73.96%、78.50%、76.07%、74.98%，在好氧段(O2/O5)的累计去除率占COD总去除率的比例分别为21.96%、26.04%、21.50%、23.93%、25.02%。此外，由图3可以看出，随着混合液回流比的增加，各工况下缺氧段(A4)的COD消耗分别为17.09、22.41、23.16、24.47、25.37 mg·L⁻¹，缺氧段(A4)对COD消耗也不断增加。这是因为：一方面，随着回流比的增加，进入缺氧段(A4)的硝态氮含量也不断增加，所以反硝化菌在反硝化脱氮过程中对碳源的消耗也不断增加；另一方面，回流的混合液对缺氧段(A4)中COD具有稀释作用，所以随着混合比的增加缺氧段(A4)出水中COD也不断降低。

图4反映了不同混合液回流比对${\rm{NH}}_4^ +$-N去除规律的影响。由图4可知，虽然系统进水中${\rm{NH}}_4^ +$-N浓度波动较大，各工况下${\rm{NH}}_4^ +$-N平均进水浓度分别为44.27、47.76、47.38、48.40、48.30 mg·L⁻¹，但出水${\rm{NH}}_4^ +$-N浓度却比较稳定，${\rm{NH}}_4^ +$-N平均出水浓度分别为0.83、0.69、0.77、0.80、1.73 mg·L⁻¹，出水${\rm{NH}}_4^ +$-N浓度远远小于5 mg·L⁻¹的去除限值，平均去除率分别为98.17%、98.63%、97.33%、98.25%和96.41%。这表明不同混合液回流比对系统氨氮的去除影响较小，系统具有很强的硝化能力，在5个运行工况下均表现出很好的${\rm{NH}}_4^ +$-N去除效果。表3反映了最佳运行工况下有无填料对系统脱氮的影响。由表3可以看出，填料的投加强化了氮素的去除。在本研究中，通过向好氧段投加高效悬浮填料，使大量的硝化细菌能够附着在填料上，提高了硝化效率，有效避免了传统A²O中过高的回流比对好氧段硝化的抑制作用。此外，当混合液回流比增加到400%时，系统对${\rm{NH}}_4^ +$-N去除效果略有降低的原因可能是：过高的混合液回流比导致好氧段(O5)水力停留时间降低，造成系统硝化不完全。这与闫冬等^[13]、吴亚慧等^[16]的研究结果基本一致。

由图5可知，大量氨氮在好氧段O2和好氧段O5被硝化去除，导致系统出水氨氮浓度很低。这表明好氧泥膜耦合系统具有很强的硝化能力。对于亚硝态氮在反应器各段的沿程变化规律，由于系统运行过程中亚硝态氮含量过低，因此，在数据统计过程中省略了对亚硝态氮的研究。对于硝态氮在反应器各段的沿程变化规律，由图5可知，硝态氮在厌氧段(A3)和缺氧段(A4)得到有效脱除。在工况1条件下，由于没有混合液的回流，导致好氧段(O5)硝化产生的大量硝态氮无法通过反硝化去除，造成出水中含有大量${\rm{NO}}_3^ -$-N。在工况2、3、4运行条件下，随着混合液回流比不断升高，好氧段(O5)好氧硝化产生的硝态氮通过混合液回流至缺氧段(A4)，随后硝态氮通过反硝化细菌及反硝化聚磷菌进行反硝化脱氮。TP在缺氧段(A4)显著降低，这也表明缺氧段(A4)中存在反硝化聚磷菌可进行反硝化脱氮，从而导致总出水中硝态氮含量较低。随后，在工况5运行条件下，随着混合液回流比进一步升高，回流液中携带的大量溶氧破坏缺氧段(A4)的缺氧环境，从而抑制反硝化的进行；同时，过高的回流比会导致缺氧段(A4)和好氧段(O5)的HRT降低，使得系统硝化反硝化不完全，导致出水中硝态氮含量升高。

图6反映了不同混合液回流比对TN去除规律的影响。由图6可知，工况1~5中TN平均进水浓度分别为53.75、54.48、54.65、55.48、55.65 mg·L⁻¹，进水C/N比为1.7~3.7。通过计算得出，各工况下在厌氧段/厌氧段(A1/A3/A4)的C/N消耗比分别为3.43、3.27、3.60、2.43、4.14， TN平均出水浓度分别为17.06、15.08、12.95、12.41、16.09 mg·L⁻¹，平均去除率分别为68.28%、72.34%、76.33%、77.68%、71.43%。系统混合液回流比对TN的去除率具有显著的影响，在工况1~5运行条件下，随着混合液回流比的增加，TN的去除率呈现先升高后降低的趋势。这与舒敏玉等^[17]的研究结果相一致。

由图6可以看出，当混合液回流比为0~300%时，随着回流比的增加，TN去除率不断升高，由68.28%增加到77.68%，但增加的幅度越来越小；当回流比继续增大至400%时，TN的出水浓度变高，去除率出现了明显的下降。其原因可能是，当混合液回流比为0~300%时，随着回流比的增加进入缺氧段(A4)的硝态氮也不断增加，反硝化菌对碳源的有效利用率也不断增加，这一点由图3碳源的沿程变化和图7总氮的沿程变化也可以看出，所以TN的去除率不断升高。这与陈伟敏^[18]的研究结果相似。但当回流比为300%时，系统在厌氧段/厌氧段(A1/A3/A4)的C/N消耗比最低，TN的去除率却是最高。这是因为在工况4下存在反硝聚磷菌(DPAOs)，其在缺少碳源的情况下，利用高浓度硝态氮为电子受体实现脱氮的目的，图5中工况4运行条件下缺氧段(A4)出水硝态氮显著降低及工况4条件下缺氧段(A4)出水TP显著下降也可以证实了这一点；此外，好氧池(O5)中污泥会随着混合液回流进入缺氧池(A4)。因此，回流比的增加可以增加缺氧段(A4)的污泥含量，提高缺氧段(A4)中内碳源含量，从而有利于反硝化菌利用内碳源进行反硝化脱氮。但当混合液回流比增加到400%时，TN的去除率出现明显的下降。这是因为，过高的回流比会因回流液中携带的大量溶氧而破坏缺氧段(A4)的缺氧环境，同时，溶氧的存在会消耗进入缺氧池(A4)中的碳源^[19-20]，从而抑制反硝化的进行；此外，过高的回流比会导致缺氧段(A4)和好氧段(O5)的HRT降低，系统硝化反硝化不完全，故降低了系统对TN去除效果。

图7反映了不同混合液回流比下TN的沿程变化情况。由图7可知，在各工况下，TN在厌氧段/缺氧段/好氧段(A3/A4/O2/O5)都有显著降低，表明系统存在反硝化和同步硝化反硝化。通过计算得出，各工况下TN在缺氧段(A4)的去除率占TN总去除率的比例分别为25.14%、27.90%、30.64%、38.28%、19.34%。这是因为，随着混合液回流比的增加，更多的硝态氮进入缺氧池(A4)通过反硝化作用脱除，这一变化趋势与图3中COD变化趋势相一致；此外，由图7可知，TN在好氧段(O5)出现明显损失现象，各工况下TN在好氧段(O5) 的去除率占TN总去除率的比例分别为15.09%、20.10%、29.14%、23.50%、13.66%，表明系统在好氧段(O5)发生同步硝化反硝化(SND)，这一点从图5中氨氮及硝态氮含量在好氧池(O5)的部分损失可以证实。好氧段悬浮填料的投加为SND的发生创造反应场所，进一步强化了系统的脱氮能力，而过高的混合液回流比会造成好氧段(O5)HRT不断降低，不利于SND的发生。综上所述，当系统混合液回流比为300%时，系统通过对碳源的有效利用及DPAOs的作用可强化TN的去除效果，使TN的去除效果最佳。

图8反映了不同混合液回流比对TP去除规律的影响，由图8可知，在工况1~5条件下，TP平均进水浓度分别为3.41、3.71、3.89、3.70、3.61 mg·L⁻¹，平均出水浓度分别为0.86、0.71、0.49、0.36、0.53 mg·L⁻¹，平均去除率分别为75.22%、81.39%、87.27%、90.31%、85.63%，TP的去除率呈现先升高后降低的趋势，系统混合液分配比对TP的去除率具有显著的影响。

由图8中可以看出，当回流比为0~300%时，随着回流比不断升高，TP的去除率不断升高；但当回流比继续增加到400%时，TP的去除率出现下降。通过计算得出，各工况下C/P消耗比值分别为54.33、47.41、40.17、45.58、48.72。由图3可以看出，各工况下碳源的消耗情况基本相似，所以C/P消耗比值不断降低则意味着TP消耗随着回流比增加不断升高。在工况1运行条件下，C/P消耗比值很大说明TP的消耗很少，大部分消耗的碳源并没有用于除磷而是在缺氧段(A4)用于反硝化脱氮，这一点由图5和图7中缺氧段(A4)存在硝态氮和TN的同步大量损失可以看出。在工况2条件下，混合液回流比较低，进入缺氧段(A4)的硝态氮含量较低，导致反硝化除磷过程中电子受体不足，所以出水TP降低缓慢。在工况3、工况4条件下，随着混合液回流比不断增加，进入缺氧段(A4)的硝态氮不断升高，促进反硝化除磷的发生；同时，污泥会随着混合液从好氧池(O5)回流至缺氧池(A4)，有利于DPAOs的形成和富集，促进系统TP的去除。当混合液回流比增加至400%时，系统TP的去除率出现下降的原因可能是：过高的回流比破坏了缺氧段(A4)的缺氧环境，抑制聚磷菌的释磷过程，从而导致聚磷菌无法在好氧段充分吸磷。这与于燿滏等^[21]的研究结果基本一致。

图9反映了不同混合液回流比下TP的沿程变化情况。由图9可以看出，TP在厌氧段(A1/A3)均有显著的升高，在好氧段/缺氧段(O2/O5/A4)均有显著的损失。通过计算得出，在工况1~5过程中，缺氧段(A4)的TP去除量占TP总去除量的比例分别为57.14%、64.09%、65.48%、69.54%、67.61%。这表明在回流比为0~300%时，随着混合液回流比的增加，缺氧段(A4)通过反硝化除磷对磷的去除量也在不断增加；但当回流比继续增加到400%时，缺氧段(A4)对磷的去除效果开始下降。当回流比增加到400%时回流液中溶氧破坏了缺氧段(A4)的缺氧环境，抑制了DPAOs的正常代谢；此外，过高的回流比会导致缺氧段/好氧段(A4/O5)的HRT降低，造成反硝化除磷及好氧吸磷过程不完全。综上所述，在混合液回流比为300%时，系统对TP的去除效果最佳，过高或过低的回流比均会影响系统的除磷效果。

1)采用A/O/A/A/O泥膜耦合脱氮除磷工艺，以平均进水C/N比为2.09的废水为研究对象，在进水分配比为4∶6、SRT为7.5 d、污泥回流比为50%、混合液回流比为300%的条件下，出水中COD、${\rm{NH}}_4^ +$-N、TN、TP的平均值分别为23.45、0.80、12.41、0.36 mg·L⁻¹，均可稳定达到一级A标准。

2)在混合液回流比由0增加到400%的过程中，混合液回流比对COD和${\rm{NH}}_4^ +$-N的去除效果的影响不大，系统对COD和${\rm{NH}}_4^ +$-N均有很高的去除率，表明系统具有较好的有机物去除能力和很强的硝化能力。

3)混合液回流比对TN和TP的去除效果具有显著的影响。当回流比在0~300%时，在反硝化菌和聚磷菌的共同作用下，TN和TP的去除效果随回流比的增加而升高；在增加混合液回流后，TN的去除率由68.28%升高到77.68%，TP的去除率由75.22%升高到90.31%；但当回流比继续增加到400%时，TN和TP的去除率开始下降，这说明混合液回流比并非越高越好。

4)该工艺在处理低C/N生活污水的过程中对污染物具有很好的处理效果。该工艺通过DPAOs的作用，强化了系统脱氮除磷的能力，解决了出水磷含量难以低于0.5 mg·L⁻¹的难题；通过好氧段悬浮填料的投加克服了硝化菌及聚磷菌在SRT上的矛盾，促进SND的发生，强化系统对于碳源的利用。该结果对传统污水处理厂的提标改造具有一定的参考意义。