近几年来，我国一些重点区域及流域相继颁布城镇污水处理厂“准Ⅳ类”尾水排放标准，相应区域内的污水处理厂“准Ⅳ类”提标工作也逐步开展。然而，国内部分污水处理厂“准Ⅳ类”提标工程单位工程造价指标大概在800~1 200元/m³，实施周期为5~8个月，普遍存在工程投资较高、实施周期较长等问题。
本文以苏州木渎新城污水处理厂提标改造工程为例，因地制宜，提出科学合理、经济可行、实施简便的改造方案。项目单位工程造价、新增运行成本和实施周期明显优于国内同类污水处理厂改造项目，为同类的项目改造提供了新的思路。
吕顺，男，1989—，硕士研究生，注册环保工程师。在上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司从事给排水设计工作，先后负责诸多污水厂、水环境整治工程设计，获得过上海市勘察设计奖及水务海洋科学技术奖。
苏州市中心城区现有城市污水处理厂54座，执行出水标准均为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A标准（截至2019年）。为贯彻国家长江生态环境大保护的政策方针，苏州市委、市政府印发《关于高质量推进城乡生活污水治理三年行动计划的实施意见》（简称“实施意见”）。要求处于太湖流域一级保护区主要水污染排放限值中规定一类区的污水处理厂实施提标改造，出水标准从一级A标准提升至《苏州市特别排放标准》（地表水“准IV类”：
CODcr30 mg/L，BOD510 mg/L，SS 10 mg/L，TN 10 mg/L，NH4+-N 1.5 mg/L，TP 0.3 mg/L）。
苏州木渎新城污水处理厂建于2014年，设计处理规模为10万m³/d，主要接纳并处理服务范围内的市政污水和工业废水（生活污水量占比为91%，工业废水量占比为9%）。现状该污水处理厂出水可稳定达一级A标准，但距离《苏州市特别排放标准》仍存在一定差距，主要问题在于TN、NH4+-N和TP指标。
苏州木渎新城污水处理厂原处理工艺为“粗格栅及进水泵房+曝气沉砂池+应急事故池+初沉池+倒置AAO反应池+二沉池+混凝反应池+二氧化氯+滤布滤池”。
根据《苏州市吴中区八座污水处理执行<< span="">苏州特别排放限值>评估分析报告》，苏州木渎新城污水处理厂进水中COD、TP在春夏两季存在明显冲击负荷，对生化系统造成负面影响，生物池TN达标率仅为70%。另外，进水中BOD5/TN和B/C明显偏低，脱氮能力较弱。根据现场调研，苏州木渎新城污水处理厂原处理系统在外加碳源情况下，可以实现出水一级A稳定达标，但离《苏州特别排放限值》仍有一定距离，TN很难达到10 mg/L以下；原设计未考虑外加碳源设施，现状将外碳源直接投加到生物池，碳源利用效率较低，运行控制灵活性差。经核算，曝气沉砂池、倒置AAO生物池、平流二沉池和混凝反应池等构筑物设计参数满足《苏州特别排放限值》出水标准要求，可保留利用。现状厂区多数设备运行良好，使用年限均在5年以内，本次提标应尽可能保留利用。该厂稳定运行6年，原设计进出水水质表所示。该厂实际进水水质基本与原设计一致，各污染物指标累积频率均在80%~95%，因而本次改造维持原设计指标值不变。进水中BOD5/TN、BOD5/TP分别为3.56、35.6，明显偏低，进水内碳源不足。进水中BOD5/TN和BOD5/TP明显偏低，生物池脱氮除磷能力不足，TN和TP无法达到新出水标准。此外，原设计未考虑外碳源投加设施，后续技改中新增外碳源投加简易装置，将外碳源直接投加生物池，但碳源利用效率较低，运行控制灵活性差。
（1）现状厂区内可利用面积相当有限，必须选择占地较小的处理工艺，且构筑物的布置需高度集约化；（2）本次改造应充分挖掘现有设施能力，对原设计有余量的现有设施进行改造，提升现有设施处理能力；（3）应着重考虑布局的合理性，做到与现有工程衔接顺畅，合理利用现有处理设施，尽量不影响污水处理厂正常运行，以减少工程投资；（4）在改造期间，不能降质减量改造，不能断水施工。根据现有处理设施运行状况分析，出水指标TN、TP无法达到新标准，污水进水中，BOD5/TN明显偏低，碳源明显不足。因此，提标改造方案选择应着重于强化脱氮除磷，本工程分别通过生物池改造和新增深度处理设施2种技术手段实现提标改造。根据本工程污水处理厂特点，综合考虑处理效率、节地、适合一体化布置以及工程应用案例等多方面因素。本工程拟选择AAO、MBBR、Bardenpho和MBR这4种工艺进行综合比选。方案二主要针对现状生物池池容不足，需通过提高污泥浓度强化生物处理，考虑到本工程现状生物池池容尚有富裕，采用方案二可能造成投资浪费。但是，方案三（Bardenpho工艺）可以在传统工艺基础上，强化脱氮处理，处理效果最佳。同时，由于新标准出水CODcr要求极高（低于30 mg/L），在生化处理池内投加外碳源可以降低对深度处理的外碳源强化压力，避免因外碳源投加过量造成出水CODcr超标。此外，与其他工艺相比，方案三运行费用低、工程改造投资较低、运行维护也较低，特别是现有生物池的池型较易改造成Bardenpho工艺。综合比选，本工程生物处理工艺选用方案三——Bardenpho工艺。新排放标准TN、TP、CODcr等指标要求较高，通过二级处理无法达到新标准要求的排放浓度。因此，需在二级处理后续增加深度处理设施。根据现有进出水水质数据统计分析，深度处理设施应着重考虑强化脱氮和除磷工程，保证出水达标。针对本工程特点，选用国内常见的深度处理工艺进行比选，主要有曝气生物滤池（BAF）、反硝化深床滤池和生物活性炭滤池（BACF）。针对本工程规模及出水水质特点，上述3种滤池性能参数的比较如表所示。
通过上述方案比较，3种过滤工艺各有特点。相较而言，生物活性炭滤池处理效果最好，对各种污染物都有很好的去除效果。反硝化滤池对TN（主要NO3--N和NO2--N）具有很好的去除效果，曝气生物滤池对NH4+-N和CODcr的去除效果较好，但对NO3--N和NO2--N的去除效果比另外两者要差。考虑到本次提标改造的重点是解决TN（NO3--N和NO2--N为主）超标问题，为确保出水水质稳定达标，同时节约工程投资和运行成本，深度处理采用方案二——反硝化深床滤池工艺。由于反硝化滤池水头损失较大（约为2 m），为维持滤池前后构筑物水头不变，在反硝化滤池前端设计新增二次提升泵房，与滤池合建。
现状AAO生物池停留时间为19.7 h，根据计算，采用倒置AAO生物池工艺，生物池停留时间最小为18.5 h，现状生物池池容尚有富余。为挖掘现状倒置AAO生物池潜力，对现状倒置AAO生物池改造，强化生物脱氮除磷。本次改造将现状AAO生物池改造为Bardenpho生物池。针对生物池现状，提出改造为Bardenpho生物池的思路。对原有倒置AAO进行改造，改成Bardenpho生物池，新增好氧I段向缺氧段回流，原回流位置不变。此种工艺可以极大地强化生物脱氮效果，但与改造前相比，生物除磷效果强化并不显著。池内设置缺氧I段、厌氧段、好氧I段、缺氧II段和好氧II段，水力停留时间分布为5.7、2、8、2 h和2 h，总停留时间为19.7 h。原生物池设备全部保留利用，新增潜水搅拌器8套，采用潜水搅拌器（变频控制），P=3.5 kW，D=2 500，620 r/min；新增潜水水平轴流泵12套（8用4备），Q=1 050 m3/h，P=10 kW，H=1.2 m。
3.2.1反硝化滤池
新建反硝化滤池1座，尺寸L×B×H=64.5 m×33.0 m×8.0 m，分8格，单格有效过滤面积为114.6 m²。反硝化滤池高峰时表面负荷为7.92 m³/(m²·h)，平均时表面负荷为6 m³/(m²·h)；强制滤速为6.85 m³/(m²·h)；反洗气强度为90 m³/(m²·h)；气冲时间为5 min；反洗水强度为15 m³/(m²·h)；水洗时间为20 min；滤料层厚度为1.83 m。
3.2.2 二次提升泵房
新建二次提升泵房1座，与反硝化滤池合建，尺寸L×B×H=16 m×8.5 m×7 m，设计最大流量为5 600 m³/h。泵房内设置潜水轴流泵3台，2用1备，单泵参数为Q=2 800 m³/h，H=3.7 m，N=55 kW，变频控制。
3.2.3碳源加药设施
新增碳源加药设施1套，与反硝化滤池合建，置于滤池反冲洗废水池顶部。碳源采用乙酸钠，最大投加量为30 mg/L，投加浓度为5%。加药设施内设置碳源储罐2套，单套容积V=15 m³；隔膜计量泵3套（2用1备），单泵Q=100~300 L/h，0.35 MPa，P=0.75 kW。3.3 改造方案优化本工程改造内容主要分3部分：生物池改造、新建深度处理（反硝化滤池、二次提升泵房和碳源加药池）和工艺管线改接。本工程改造方案在充分利用现有厂区条件下，对改造方案进行精心设计，从而实现缩短实施周期、减少工程量和实现不断水的效果。生物池基本维持现有池体土建不变，充分利用现有设备条件。生物池改造仅新增Φ600开孔12处，潜水轴流泵12台，潜水搅拌器8台。生物池共2组，单组分2格，共4格。设计对4格生物池依次分组改造，实现改造期间出水稳定达标；对反硝化滤池、碳源加药池和二次提升泵房进行合建，合并为一体化构筑物。对一体化构筑物的平面布置、设计标高和基坑深度进行反复优化，一体化构筑物标高控制在深基坑限值4 m以内，构筑物底板齐平，水流顺畅，设备和构筑物距离尽可能缩短，方便基坑开挖、构筑物模板浇筑和设备安装，从而缩短工期和节约投资；对厂区管线改建进行优化，一体化构筑物的进出水管与原管道均在合适位置采用焊接三通快速连接，进出水管管位合理，可与构筑物同沟槽开挖，从而实现工艺管线改接在2 d内实施完成。本次提标改造工程费用为6 207.94万元，其中生物池改造为637.35万元，一体化构筑物为4 689.92万元，其他费用为880.67万元，单位工程造价指标仅为723.46元/m³。新增处理成本为0.28元/m³，其中药剂费用为0.15元/m³，动力费用为0.08元/m³。工程实施周期仅为4个月，其中生物池改造为60 d，一体化构筑物为95 d，管线改接为15 d。而在国内类似项目中，单位工程造价指标为800~1 200元/m³，其中生物池改造为100~250元/m³，深度处理为450~600元/m³；新增处理成本为0.29~0.36元/m³，实施周期为5~8个月。与国内类似项目相比，本方案具有实施周期短、建设费用低、运行成本省等优点。改造后的污水处理厂出水水质中各项指标均稳定达标（2020.8—2020.12）。
本次提标改造方案因地制宜地改造原有倒置AAO生物池为Bardenpho生物池，新建反硝化滤池。提标改造实施周期仅为4个月，单位工程造价指标为723.46元/m³，新增处理成本为0.28元/m³，与国内同类污水处理厂改造项目相比，具有实施周期短、建设费用低、运行成本省等优点。为城镇污水处理厂NH4+-N和TP要求较高的“准IV类”提标改造类似工程提供新思路。
