五箱连续流工艺是一种兼具传统活性污泥法和序批式反应器(SBR)优点的废水生物处理工艺。五箱连续流工艺通常被认为是一种改良的SBR法，但其进水和出水是连续的，所以它与SBR法在构型和水力条件上是相当不同的。在某种意义上，它更类似于通常的多池反应如A2/O或者UCT工艺，但是不存在污泥或混合液的回流。该反应器由五个单元组成，各单元的恒定水位由液压控制，它的构型并不特殊，生物过程和通常的生物处理机制如有机碳去除、脱氮、除磷没有区别。五箱连续流工艺具有结构紧凑、节省空间、成本低、效益高、操作灵活、易于维护等独特的优点。在一个反应池中，可以依次控制一个周期的厌氧/缺氧、好氧、沉淀条件，从而提高去除有机质和生物脱氮除磷的效率。因为运行方式的灵活性，很难去分析它的性能。严格地说，五箱连续流工艺并不是一个稳定运行的系统，因为所有反应池中的污泥浓度，水力条件和进水水质都是不稳定的。　　 在这项研究中用到的实验车间主要构件包括主体矩形池子，它的规格为750×630×900mm，空气压缩机，预静态泵，机械搅拌混合器，PLC即逻辑编程控制器，液晶显示屏幕，进水电磁阀，出水电磁阀，充气电磁阀，排泥电磁阀，PVC管材等。五箱连续流活性污泥系统总深为900mm，其有效水深为650mm，它的五个池中，1号和5号池底面是长方形，其有效容积为380×290×650mm;而2、3和4号池的底面是正方形，其有效容积为250×250×650mm，使得两种池子的体积比即V池1/V池2=1.75。　　 一个运行周期是由2个运行方式相同的半周期组成，在上半个周期中，原废水从1号池依次流到5号池，而下半周期正好相反，所以只选择半个周期来进行研究。上半周期的运行可分成四个阶段，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ来命名。在这种运行方式下，前四个池子作为反应池，第五个作为沉淀池。流动方向通过摄入位置的变化自动改变，使得系统在无污泥或混合液回流设备的条件下实现自动循环，因此该系统可有效降低能源消耗。该系统通过控制每个反应阶段的时间和环境状态条件实现A2/O工艺的功能。　　 初始阶段:实验所用的原废水来自东南大学无锡分校的一个主要的下水道，接种污泥来自无锡市的某市政污水处理厂，经过31天的驯化培养，COD、NH4+-N、TN和TP的去除率分别达85％、90％、75％和88％。　　 污泥分布及其模拟:污泥分布有利于指导设计和操作过程，因此对其进行了研究。通过研究悬浮固体混合液，实验结果表明:进口处的污泥浓度逐渐降低，而出口处的污泥浓度逐渐升高。同时1号和5号池中污泥浓度在3000～6500mg/l变化，而所有底面是正方形的池中污泥浓度在1500～3000mg/l变化。在一个操作周期中，后一种池（池2、池3和池4）的污泥浓度比前一种池（池1和池5）的浓度低，进过第一周期，1号池到5号池的平均污泥浓度分别为:3388、1404、1867、1798和5571mg/l，其中在1号池和5号池中可检测到最大浓度。　　 为模拟系统中每个池子的污泥分布，我们开发出了FS-CFASP_MLSS计算机程序。这种程序是通过求解线性微分方程后，依据五箱连续流活性污泥反应器中的物料守恒方程，利用MATLAB2010(@)写成。实验和模拟结果比较表明:FS-CFASP_MLSS程序是一个好的污泥浓度预测工具。　　 操作参数优化:鉴于操作参数对脱氮除磷效率有很大的影响，为了解五箱连续流活性污泥反应器的最优操作参数，我们仔细研究了水力停留时间、污泥龄、曝气强度和相反应时间。为达到高效脱氮除磷，实验表明系统的最优操作参数应分别为HRT为16h;污泥龄为21天;气液比为35％;而每个阶段的反应时间由生物工艺要求来确定。阶段Ⅰ需要90分钟，使厌氧释磷完全，阶段Ⅱ需要60分钟完成反硝化除磷，阶段Ⅲ需要60分钟，完成硝化作用和磷的吸收，阶段Ⅳ需要30分钟进行沉淀，为下半个周期做准备。　　 系统分析:五箱连续流活性污泥工艺的实验是在最佳运行参数下，通过时间控制完成。最佳运行参数提前已在PLC上设定:运行周期是8时，第Ⅰ或Ⅴ阶段周期是1.5h，第Ⅱ或Ⅵ周期是1h，第Ⅲ或Ⅶ阶段周期是1h，第Ⅳ或Ⅷ周期是0.5h，水力停留时间为16h，曝气流量为0.7立方米/小时，气液比为35％，污泥龄为21天。　　 经分析，原废水的特征如下:COD浓度在207.2-339mg/l之间(平均357mg/L)，NH4+-N浓度在15.7-41.6 mg/l之间(平均33.2mg.L-1)，NO3--N的浓度在0.1-0.97mg/l之间(平均0.67mg.L-1)，TN的浓度在19.6-53.2 mg/l之间(平均47mg.L-1)，TP的浓度在2.51-4.59mg/l之间(平均值为3.2mg.L-1)，水温大约为11-23℃。　　 1号池在第Ⅰ阶段作为连续搅拌混合反应器，因为进水位置从1号池转移到2号池，所以在第Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ阶段充当SBR反应器。1号池第Ⅰ阶段在厌氧条件下进行，以充分释磷和进行反硝化作用;第Ⅱ、Ⅲ阶段在好氧条件下进行，完成硝化作用、磷的吸收和有机物的去除;第Ⅳ阶段在静沉条件下进行，为该池在下半个周期沉淀排水做准备。　　 2号池第Ⅰ、Ⅱ阶段在缺氧条件下进行，主要完成反硝化作用;第Ⅲ，Ⅳ阶段在好氧条件下进行，主要完成硝化作用、磷的摄取和有机物的去除。　　 3号池在两个半周期中以对称的阶段运行。在每半个周期中，两个相邻的阶段会在同样好氧或缺氧条件下进行。第Ⅰ、Ⅱ阶段在有氧条件下进行，主要进行硝化作用、磷的摄取和有机物的去除;第Ⅲ、Ⅳ阶段在缺氧条件下进行，进行反硝化作用。　　 4号池第一个半周期在好氧条件下进行，主要进行硝化作用、磷的摄取和有机物的去除。　　 5号池在第一个半周期进行沉淀排水。　　 出水结果显示:优化系统的脱氮除磷效率高，其中COD、NH4+-N，TN和TP的去除率分别达到88.09％±1.43，90.33±2.9％，68.83±5.34％，和87.67±2.9。经过14个月的运行，出水可满足中国污水排放标准(GB18918-2002)一级A标准。　　 利用NO3--N同步硝化反硝化(SND)和缺氧吸磷现象:研究表明:1号池好氧过程中存在利用NO3--N的同步硝化反硝化(SND)现象，但由于2、3号池的污泥浓度比1号池低，其SND并不明显。如果可以确保大量的硝化作用和反硝化作用可以在曝气池同时进行，SND则具有节省再一步（缺氧）反应花费，或至少可以缩短反应时间的潜能。实验同时表明:在2和3号池存在利用反硝化聚磷菌(DNPAOs)进行缺氧吸磷和反硝化现象，它具有节省再一步（好氧）反应的能量消耗，或至少可以缩短反应时间的优势。　　 实时控制策略(RTC strategy):五箱连续流活性污泥反应器的周期时间可通过实时控制废水的特点和负荷来进行调整。研究中采用在线环境变量ORP、pH和DO作为有效能源消耗和出水水质的控制指标。研究中，我们将每个池混合过程和曝气过程中的在线环境变量ORP、pH、DO与污染物浓度一起分析，通过ORP、pH、DO模式的变化来确定污染物的控制点。　　 实时控制策略研究的表明:五箱连续流活性污泥反应器的每阶段时间转换可由ORP、pH和DO指标控制。通过分析1号池在混合过程的ORP、pH和DO变化，得知ORP和pH的间断点可用来辨别反硝化过程的终点和释磷的起点，此外，ORP和pH呈现缓慢下降趋势时可用来辨别释磷终点。通过分析2号池在好氧过程中ORP、pH和DO变化，得知DO迅速增加，PH变化出现间断点，ORP增加出现峰值这些特征都可用来辨别硝化作用和磷吸收的终点。通过分析2号池在混合过程中ORP、pH和DO的变化，表明ORP可用来控制厌氧释磷的程度，同时PH的变化趋势可反映反硝化作用和厌氧释磷。实时控制策略下的优化系统在8个月的运行期间内，对COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别能达到86.37％±1.3％、90.5％±1.1％、75.15％±2.1％和90.6％±0.9％，且出水达到GB18918-2002一级A标准。　　 数学模拟:在研究中，我们确立了活性污泥模型(ASM2d)来描述五箱连续流活性污泥反应器的1、2、3、4号池的污染物的变化情况。利用东南大学无锡分校原始废水作为进水的五箱连续流活性污泥反应器实验中，活性污泥系统模型(ASM2d)得到了四个运行案例的实验数据的校准和验证。仿真结果表明:ASM2d模型是预测五箱连续流活性污泥反应器所有主要部分COD浓度和污染物浓度的很好工具。SNH4+、SPO4-和SNO3-的均方差R2在1号池中分别不低于0.95、0.97和0.92;在2号池中分别为0.97、0.86和0.98;在3号池中分别为0.97、0.74和0.997;在4号池中分别为0.95、0.59和0.99。　　 最后部分作者提出了研究的主要结论和进一步研究的建议。