浙江某污水处理厂一期工程建成于2005年，规模为6万m³/d，采用调节池+厌氧水解池+氧化沟+高密度沉淀池+转盘滤池工艺，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排改标准》（GB 18918-2002）一级A标准。随着污水处理厂进水量稳步增长，2014年最高进水量已达7.2万m³/d，超出设计能力。根据要求污水处理厂出水要达到浙江省“清洁排放标准”（准Ⅳ水标准），目前出水基本能达一级A标准，但TN和TP常有超标、COD偶有超标，因此对该污水处理厂进行扩建和提标改造十分必要。

污水处理厂一期进水量为5.4万～7.2万m³/d，进水工业废水含量高生活污水和工业废水比例约为47∶53。设计与实际进出水水质见表1。

由表1可以看出，污水处理厂实际进水各污染因子浓度比设计值稍高，实际出水大多能达到一级A标准，部分指标如NH₃-N、SS能较稳定达到一级A标准，但TN、TP常有不达标现象，COD也偶尔不达标。

(1）一期工程厌氧水解池没有设厌氧污泥回流，使得厌氧污泥浓度很低，导致水解效果欠佳，没有起到将大分子、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的物质，提高污水可生化性能的作用，只起到3h左右的水质调节作用。

(2）一期工程氧化沟采用转碟曝气+推流器的方案，氧化沟池深较深（5m），氧利用率不高，且转碟曝气的能耗较高，曝气效果欠佳；氧化沟池深受限制，占地较大，池体有效利用率相对稍低；由于脱氮除磷功能分区不明确，池型较AAO工艺脱氮除磷能力偏弱，又未投加碳源和同步化学除磷，导致出水TN、TP常有超标现象。

污水处理厂一期规模为6万m³/d，二期扩建6万m³/d，深度处理总规模为12万m³/d，设计进出水水质及去除率见表2。

难降解COD和TN、TP的去除为本工程的重难点。对于难降解COD，本工程在生化池前设置调节池和水解酸化池，再通过深度处理来强化去除；对于TP去除，在强化生物除磷的同时应主要考虑化学除磷工艺，通过强化深度处理化学除磷来解决；对于TN去除，应重点从二级生化工艺考虑，强化其生物脱氮效果，降低运行成本。

二期扩建采用多段强化脱氮改良型AAO工艺，采用鼓风曝气，池深可以达到6.5m，充分减少占地面积，有效利用有限的扩建用地；AAO工艺采用多段式运行，设置多段缺氧和好氧区，延长缺氧段停留时间，设置4处内回流，回流比高达450%，同时在各级缺氧段投加碳源，强化了系统的脱氮效果，脱氮效率非常高。

污水处理厂出水要达到准Ⅳ水，深度处理重点去除的污染物为COD、SS、TP、TN等指标。

对于SS去除，深度处理可采用混凝、沉淀和过滤工艺；深度处理需加强化学除磷；对于COD去除，考虑到进水存在部分难降解有机物，则深度处理需强化去除COD，采用臭氧氧化结合生物滤池工艺，同时在沉淀段预留粉末活性炭投加装置；对于TN去除，除了要做到氨氮的完全硝化，还需进行后置反硝化，结合强化COD去除的需要，采用生物滤池（前置反硝化生物滤池+硝化曝气生物滤池）和反硝化深床滤池。

通过多方案比选，最终确定深度处理工艺方案为“臭氧接触氧化+高效沉淀池+生物滤池+深床滤池+消毒”工艺。

二期扩建及提标产生的污泥接入一期现状污泥处理系统，此后一起外运焚烧。污水处理流程见图1（实际运行时初沉池和深床滤池停用）。

(1）一期工程改造：对一期各处理设施进行减量化运行，一期运行5万m³/d，二期处理设施按7万m³/d规模设计；增设一期厌氧水解污泥回流设施，确保池内污泥浓度，提高效果；一期氧化沟增加同步化学除磷和投加碳源措施；在一期氧化沟内投加悬浮填料，以提高池内污泥浓度来确保出水达标（停留时间仅为14h，时间不足）。

(2）二期扩建采用多段强化脱氮改良型AAO工艺。多段强化脱氮AAO由“厌氧+多段AO”组成。该工艺是将污水分多段进入生物池内的厌氧区、缺氧区和好氧区，使污水中的碳源有选择的供给不同功能区，优先用于厌氧释磷和反硝化脱氮等，可有效节省碳源，同时还可以提高污泥浓度，减小生物池容积。该工艺多段AO串联能够取消内回流设备，上一级消化液完全进入下一级缺氧区进行反硝化，强化脱氮效果。

该工艺可根据不同进水水质实现多种运行方式切换，主要两种运行模式如下：

(1)采用多段式AO工艺。当进水水质较好，B/N比较高，生化池能有效进行脱氮时，可采用多段AO运行模式，可多点进水，内回流设备停止运行，大大降低了污水处理厂运行能耗，见图2。

(2)采用多段式强化脱氮AAO工艺。当进水水质较差，B/N比较低，或进水TN较高时，为强化生化池脱氮效果，启动生化池内混合液回流泵，共设置4级混合液回流，回流比高达450%，同时多点进水方式保证充分利用进水碳源，提高脱氮效率，同时降低外部碳源的投入，见图3。

(3）深度处理采用臭氧接触氧化+高效沉淀池+生物滤池+深床滤池+消毒工艺，采用臭氧接触氧化和生物滤池来强化对二级出水中难降解COD的去除；通过生物滤池和深床反硝化滤池并投加碳源来强化TN去除；采用高效集成化占地面积小的高效沉淀池并通过化学除磷来强化对TP和SS的去除。

对一期各处理构筑物由原6万m³/d规模减量化运行至5万m³/d。

(1）一期厌氧水解池改造。增设一期厌氧水解污泥回流设施，保证一期厌氧水解池污泥浓度。

(2）一期氧化沟改造。对一期氧化沟缺氧和好氧区投加悬浮填料，有效生物膜面积为2.14×10⁶ m^[2]，总比表面积为600 m^[2]/m³，填充率为18%；增加同步化学除磷和投加碳源措施。

(3）一期转盘滤池改造。将一期二沉池出水与二期二沉池出水连通后接入后续深度处理单元，将一期转盘滤池改造为一期、二期总出水泵房。

调节池与水解酸化池合建。设2座，其中调节池停留时间6h，水解池停留时间为8h，污泥回流比为80%。

采用2座，单座规模为3.5万m³/d。AAO生化池由厌氧段和3级缺氧、好氧段组成。

主要设计参数为：泥龄θ_c为18d，污泥负荷F_w为0.09kg BOD₅/（kgMLSS·d），混合液浓度MLSS为3 500mg/L，有效水深为6 m，总水力停留时间为19.2h，其中厌氧区1.5h、初级缺氧区1.54h、初级好氧区2.67h、二级缺氧区1.86h、二级好氧区为3.2h、末端缺氧区为3.10h、末端好氧区为5.33h。反硝化速率为0.04kg NO₃^--N/（gMLSS·d），气水比为8.3∶1。

初级和二级好氧段采用完全混合式，末端好氧段采用廊道式；每组池设一条单独进水渠，在厌氧、缺氧段各自设置进水点，配置可调堰门，根据各种不同的工况合理分配进水量；每级AO各设1台内回流泵，内回流比0～50%，从好氧段回流至缺氧段，每级设置不同的回流比以增强脱氮效果；末端好氧段设置大流量混合液回流泵回流至前段缺氧段，回流比200%～300%。

设置臭氧接触池目的为：通过投加臭氧，去除或分解污水中残存的难降解有机物，为COD稳定达标提供保障；对污水起到氧化脱色，确保色度达标。

臭氧接触池按12万m³/d规模设1座。臭氧最大投加量为30mg/L，反应段停留时间1h，缓冲段停留时间1h。本池设2格，每格设4个接触隔室。

设置高效沉淀池目的为：通过投加化学药剂，进一步去除二沉池出水中的TP、SS等污染物；必要时在前端投加粉末活性碳，吸附COD并随污泥排出，保证出水满足要求。

高效沉淀池按12万m³/d规模设1座。主要设计参数为：活性炭接触池2格，单格停留时间17～12.6min；絮凝池2格，单格停留时间7.3～5.4min；沉淀池2格，单格直径18m，有效镜向面积55m^[2]，上升流速25.6～18.9 m/h；污泥浓缩区固体负荷为12～16kg/（m^[2]·h）。

设置生物滤池目的为：通过硝化N滤池和反硝化DN滤池组合，进一步去除水中的COD、SS、TN、TP等污染物。

按12万m³/d规模设1座，采用硝化N滤池和反硝化DN滤池组合，其中DN池6格、N池4格。DN反硝化生物滤池滤料层高度为4m，水力负荷为4.30m³/（m^[2]·h），停留时间为55.8min，反冲洗周期为24～48h;N硝化生物滤池滤料层高度为3.5m，曝气量为52.08 m³/min，水力负荷为8.93m³/（m^[2]·h），停留时间为27.9min，反冲洗周期为12～24h。

加药间内设置PAC、PAM、乙酸钠、次氯酸钠、活性炭等投加系统，在初沉池、高效沉淀池、深床滤池内投加PAC和PAM；在高效沉淀池内应急投加粉末活性炭；在生物滤池、AAO生化池、深床滤池内投加乙酸钠；在消毒池内投加次氯酸钠。

PAC最大投加量为40mg/L,PAM投加量为1.5mg/L；乙酸纳最大投加量为60mg/L；次氯酸纳投加量为8 mg/L；粉末活性炭最大投加量为60mg/L。

该工程自2017年6月完成调试并投入试运行，此后出水水质一直稳定。2018年5～7月的污水处理厂（进水量为9.1万～10.9万m³/d），进出水运行监测数据统计如图4～图7所示。

由以上各项运行监测数据可以看出，污水处理厂扩建及提标改造后对各污染因子都具有较高的去除率，出水水质均能稳定达标。

本工程总工程费用为29 632.01万元，设计单位直接成本为1.722元/m³，污水处理厂单位水量电耗为1.4kW·h/m³；实际运行时单位直接成本为1.4元/m³，污水处理厂单位水量电耗为1kW·h/m³。

污水处理厂实际运行情况表明，在对一期生化池进行改造并二期扩建及提标采用调节+水解酸化+多段强化脱氮AAO生化+臭氧接触氧化+高效沉淀池+生物滤池+消毒工艺后，污水处理系统抗冲击负荷能力大大增强，运行期间处理效果稳定，出水可稳定达到《浙江省城镇污水处理厂清洁排放指导标准》（准Ⅳ水标准）。

污水处理厂实际运行过程中初沉池和反硝化深床滤池一直是被超越停运，此两池设计考虑不周全，在实际进水SS仅为200mg/L左右时无设置初沉池的必要，若污水通过初沉后反而会降低后续生化反应所需的碳源；深度处理经过生物滤池中的反硝化DN滤池后TN会大幅降低，实际运行中TN能稳定达到小于12mg/L的排放标准，无需再设置反硝化深床滤池。

建议在设计类似项目时要充分结合进水水质情况来判断设置初沉池的必要性；在设置生物滤池后可根据投资和占地情况取消反硝化深床滤池；应最大限度的优化AAO生化池设计，通过多点进水、多点回流和设置多种处理区间来提高不同运行工况切换调整的灵活性。