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一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器装置及其方法，属于城市污水生物处理技术领域。装置由原水箱、AAO反应器、二沉池、中间水池、一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器组成。AAO反应器的厌氧区与原水箱连接，好氧区与二沉池连接；二沉池与中间水池连接，中间水池与一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器连接。通过工艺调整使反硝化聚磷菌成为AAO反应器中的优势菌，使氨氧化菌与厌氧氨氧化菌成为一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器中的优势菌，实现聚磷菌与氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的分离；AAO反应器可去除原水中有机物，去除了其对一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器内的厌氧氨氧化菌的影响。最终实现了系统的节能、稳定、高效脱氮除磷和污泥减量。
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