在城市化進程加速的背景下，生活污水排放量持續增長，氮素污染已成為水體富營養化的主要誘因。傳統脫氮工藝面臨碳源不足、能耗高等挑戰，生物膜耦合AOA（厭氧-好氧-缺氧）工藝憑借其獨特的多級脫氮機制，為生活污水深度脫氮提供了創新解決方案。

工藝原理：多級協同的脫氮網絡

生物膜耦合AOA工藝通過構建"生物膜-活性污泥"復合系統，形成三段式脫氮路徑。在厭氧段，生物膜載體富集的聚磷菌釋放磷素，同時合成內碳源（如PHB），為后續反硝化儲備能量。好氧段采用分段曝氣技術，通過控制溶解氧濃度（0.5-1.2mg/L），選擇性富集氨氧化菌（AOB）和亞硝酸鹽氧化菌（NOB），將氨氮轉化為亞硝酸鹽。缺氧段則利用內源反硝化和厭氧氨氧化協同作用，實現氮素的高效去除。

北京工業大學研發的純膜AOA-SBR工藝進一步創新，通過100%排水比設計，使系統負荷提升至傳統工藝的1.5倍。其核心在于生物膜填料的選擇與分段曝氣控制，使短程硝化（亞硝酸鹽積累率>90%）與厭氧氨氧化同步進行，顯著降低曝氣能耗。

技術優勢：高效低耗的脫氮路徑

該工藝在多個維度展現顯著優勢：

碳源利用效率提升：內碳源回收率可達70%，較傳統工藝降低外加碳源需求40%以上；

脫氮效能突破：TN去除率穩定在85%-92%，出水濃度<5mg/L；

能耗經濟性：曝氣量減少30%，噸水電耗約0.15kWh；

抗沖擊負荷：生物膜載體使系統可耐受3倍日常流量波動。

中試研究表明，在C/N比低至3.5的條件下，通過投加5mg/L羥胺強化短程硝化，系統仍能保持88%的TN去除率，其中厭氧氨氧化貢獻率達45%。

工程應用與優化方向

青島思普潤公司開發的IFAS系統實現了工藝工程化應用。該系統采用分級自養IFAS區，通過懸浮載體選擇性富集厭氧氨氧化菌（Candidatus Brocadia），生物膜厚度控制在400-1000μm，氨氧化效率達85%-90%。配套的磁粉強化沉淀技術使出水SS穩定<50mg/L。

未來發展方向包括：

智能控制：基于實時水質監測的DO、pH反饋調節；

耐低溫菌種：篩選適應10-15℃環境的優勢菌群；

資源回收：耦合磷回收技術，提取鳥糞石肥料。

結語

生物膜耦合AOA工藝通過多級脫氮機制創新，突破了傳統工藝的碳源限制與能耗瓶頸。其"生物膜-活性污泥"復合系統實現了短程硝化、厭氧氨氧化與內源反硝化的協同增效，在保證出水水質的同時顯著降低運行成本。隨著材料科學與智能控制技術的進步，該工藝將在城市生活污水處理領域發揮更重要作用，為水環境質量提升提供可靠的技術支撐。