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AAO工艺流程如图1所示，废水经初沉池进入厌氧池，在厌氧池主要是聚磷菌（PAOs）进行磷的释放，PAOs通过分解体内聚磷酸盐的获得能量，摄取水中的挥发性脂肪酸（VFA），将VFA以聚－β羟基丁酸（PHB）的形式存储于体内，同时释放磷到水中。污水进入缺氧池，在缺氧池主要进行反硝化反应，从好氧池回来的携带硝态氮的内回流与从厌氧池来的污水从这里混合，反硝化菌将硝态氮还原成N2，N2逸散到空气中。最后污水进入好氧池，在好氧池主要进行有机物的去除和硝化反应，好氧菌去除水中的有机物，硝化菌硝化水中的氨态氮。污水经二沉池进行排放，回流污泥回流到厌氧池保持系统污泥的浓度。

该系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成，专性厌氧和一般专性好氧菌群均基本被工艺过程所淘汰。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及由有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷去除。

在以上三类细菌均具有去除BOD的作用，但BOD的去除实际上以反硝化细菌为主。以上各种物质去除过程可直观地用图所示的工艺特性曲线表示。污水进入曝气池以后，随着聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段好氧生物分解，BOD浓度逐渐降低。在厌氧段，由于聚磷菌释放磷，TP浓度逐渐升高，至缺氧段升至最高。在缺氧段，一般认为聚磷菌既不吸收磷，也不释放磷，TP保持稳定。在好氧段，由于聚磷菌的吸收，TP迅速降低。在厌氧段和缺氧段，氨氮浓度稳中有降，至好氧段，随着硝化的进行，氨氮逐渐降低。在缺氧段，NO3－N瞬间升高，主要是由于内回流带入大量的NO3－N，但随着反硝化的进行，硝酸盐浓度迅速降低。在好氧段，随着硝化的进行，NO3－N浓度逐渐升高。