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随着工农业的飞速发展，所产生的废水对天然水体的污染日益严重，污水厂的处理规模与水平亟需提升。采用SDAO工艺污水处理厂提标改造即在此背景之下提出。本文针对某污水厂SDAO工艺的现有规模和提标要求，选择了A~2O及MUCT工艺来进行试验研究，以探明MUCT与A~2O工艺应用于城市污水处理厂AO工艺提标改造的工艺条件。小试试验采用同步驯化法，初期未加碳源，出水CODCr和NH4+-N去除率达95%与90%，出水浓度可达污水一级A排放标准，但是TN、TP的去除率效果差；后期投加碳源，TN和TP的去除率可以达到稳定状态，反应器启动成功。在A~2O工艺与MUCT工艺的对比试验中：第21~48天，A~2O工艺除NH4+-N外其余各项指标均优于MUCT，并能达到一级A排放标准。模拟污泥流失试验法，A~2O工艺恢复性能良好；MUCT工艺采用分段进水后，TN、TP的去除率明显提高，出水TN平均浓度分别为（20.3±2.1)mg/L，TP平均浓度为（0.9±0.4)mg/L。通过不同碳源对比试验发现：乙酸钠作为碳源时，A~2O最优释磷范围在15-25mg/L之间，出水TP浓度可达污水一级B排放标准；MUCT需在20-30mg/L之间，出水TP可以达到一级A排放标准。葡萄糖为碳源时，A~2O合理释磷范围在8-20mg/L之间，出水TP部分可以达到一级B排放标准；MUCT出水TP则很差。乙酸钠为碳源，两工艺的除磷效果都较葡萄糖时优，形成VFA等简单有机物过程成为限制因素。通过PCR-DGGE微生物特征表征实验发现：脱氮除磷效果差异与优势菌种的富集程度有关。除MUCT好氧池外，其他反应池均发现了较为明显的丝状菌条带，存在丝状膨胀的可能。需要调节工艺参数，或投加填料截留优势菌种，使出水效果得以提高。通过定量PCR试验发现：A~2O工艺菌种含量稳定；MUCT菌种含量波动较大。综合各项试验结果表明：A~2O工艺相对MUCT工艺具有明显优势，出水COD、NH4+-N及TN接近《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A要求，出水TP仅可达一级B要求，需要辅以化学除磷或其他除磷手段。采用乙酸钠为补充碳源时，出水TP浓度也可达GB18918-2002中一级A要求，且不影响其他指标。对中试试验起到良好借鉴作用。