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针对我国城市污水处理普遍存在的碳源不足现状，采用C/N（碳氮比）为5的自配城市污水，基于多级缺氧好氧（AO）工艺强化低碳污水生物脱氮，为城市低碳污水处理提供参考。采用多级AO工艺，并通过间歇曝气模式使系统内交替进行硝化反硝化，在节省曝气量的同时具有明显的脱氮优势。将多级AO工艺的进水模式改为多点进水，由于进水分布在每个缺氧段内，系统内反硝化菌能够充分利用进水碳源反硝化脱氮，工艺能够显著提高总氮去除率。在多级AO工艺前设厌氧区并使系统内富集反硝化聚磷菌实现同步脱氮除磷。在高污泥龄（169天）和常规污泥龄（9天）条件下运行多级AO工艺。长期稳定运行结果表明两种污泥龄条件下，多级AO工艺中出水水质较好，总氮去除率分别为63.2%和64.9%。对于硝化菌，污泥龄对氨氧化菌活性影响较小，而主要影响亚硝酸盐氧化菌活性，其中低污泥龄条件下驯化的亚硝酸盐氧化菌活性较低。不同碳源类型反硝化活性研究结果表明，在多级AO工艺中，反硝化主要利用外源碳源和内源碳源，而内源呼吸反硝化在工艺脱氮过程中贡献较小。在污泥龄分别为169天和9天和缺氧段进水比例为5:3:2条件下，运行分段进水多级AO反应器。长期稳定运行结果表明，该工艺TN去除率在两个反应器中可达到76.5%和74.2%。高污泥龄使氨氧化菌活性降低，但其硝化效率更高；低污泥龄对亚硝酸盐氧化菌活性影响较大。活性污泥利用外碳源和内碳源进行反硝化时，低污泥龄条件下污泥反硝化活性更高。试验中污泥利用内源碳源或内源呼吸的反硝化作用并不明显。采用单点进水和多点进水两种模式研究多级AO工艺脱氮除磷性能。在进水碳氮比为5和污泥龄为15天条件下，多点进水和单点进水模式下TN去除率分别为64.4%和79.4%，PO4-P去除率分别为37.1%和33.3%。多点进水有利于强化脱氮。进水模式对氨氧化菌活性影响较小，但多点进水模式对亚硝酸盐氧化菌抑制显著。反硝化速率受进水模式影响较小，但多点进水模式下释磷作用会促进NO2-N的积累。多点进水模式更有利于反硝化聚磷菌的富集，但聚磷菌整体活性较低。