蘇州市某汙水處理廠進行擴建及提標改造工程。總規劃規模5.0萬m³/d，一期規模為2.5萬m³/d，分兩階段實施。第一階段1.25萬m³/d已建成，出水執行《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。本次擴建工程設計規模為1.25萬m³/d。深度處理系統將兩階段出水統籌考慮，設計規模2.5萬m³/d。

一、汙水處理廠現狀和設計面臨的問題

1、汙水處理廠現狀

本汙水廠總規劃規模5.0萬m³/d，一期規模為2.5萬m³/d，分兩階段實施。第一階段1.25萬m³/d已於2008年投入運行，出水執行《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。主要處理工藝為粗格柵及進水泵房+細格柵及旋流沉砂池+AAO氧化溝+二沉池+絮凝池+濾布濾池+紫外消毒池。汙泥採用汙泥濃縮+機械脫水+汙泥外運+厭氧堆肥處理工藝。其中粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉砂池及脫水機房均按2.5萬m³/d規模設計。廠區總面積約為31 000 ㎡。擴建及提標改造工程均利用廠區原有預留用地。

2、設計面臨主要問題

本工程設計出水水質執行蘇州特別排放限值標準及《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A標準，排放標準要求較高，尤其是CODCr和TN。目前該汙水處理廠已建成規模1.25萬m³/d，生化工藝採用AAO氧化溝。提標改造工藝需統籌考慮現有處理設施及擴建工程出水，以滿足全廠出水水質達標的要求。

二、設計水質及工藝流程

1、設計進出水水質

出水水質中CODCr、NH3-N、TN、TP指標滿足《蘇州特別排放限值標準》的要求，其餘指標執行《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》中一級A標準的要求（表1）。設計進出水水質及相應去除率如表2所示。

2、工藝流程

為保證出水水質要求，本次擴建及提標改造工程採用強化生化處理+深度處理工藝。強化生物處理採用採用多級AO優化工藝，形成AAAOAO工藝，重點是強化工藝脫氮除磷的功能。深度處理工藝採用高效沉澱池和反硝化濾池組合工藝，技術先進、處理效率高、運行效果好、節省佔地。汙泥處理工藝和一階段保持一致，採用重力濃縮、機械脫水工藝。工藝流程如圖1所示。

三、主要設計思路及要點

1、生化段設計要點

本工程生化段主要考慮去除COD及強化脫氮，將所有問題儘量在生化段解決，深度處理作為出水水質保障。根據目前國內汙水處理針對脫氮除磷方面的高要求，結合活性汙泥AAO工藝的應用經驗，在各類改良式AAO工藝的基礎上，採用多級AO優化工藝，形成預缺氧AAAOAO工藝，重點是強化工藝去除COD和脫氮除磷的功能。

AAAOAO工藝，即預缺氧/厭氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧工藝，相當於預缺氧AAO後再接了一級AO工藝，形成了一種汙水生物處理高效除磷脫氮技術。內部工藝流程如圖2所示。

該工藝採取分段多點進水方式，將原汙水按比例合理地分配到生物池的各段中，使其形成交替的多級缺氧好氧環境。同時減少內迴流，合理地利用碳源和鹼度，強化了生物脫氮除磷效果。

預缺氧區承接回流汙泥和10%~30%的原水，通過反硝化作用，去除迴流汙泥中的硝態氮，降低硝態氮對厭氧釋磷的影響，保證系統的除磷效果。同時也能讓反硝化菌充分利用原水中的碳源進行反硝化，減少後續工段碳源的投加量，節省運行費用。後續大部分的進水進入厭氧池，厭氧池通過營造厭氧環境，進行磷的釋放。厭氧池後是第Ⅰ缺氧池，缺氧池與好氧池相接，迴流硝化液中的硝態氮與來自厭氧池的汙水混合，依靠汙水中的易降解碳源，實現反硝化脫氮反應，達到除氮的目的。缺氧池出水進入好氧段，在好氧段主要實現汙水中COD、BOD的降解，氨氮轉化為硝態氮得以去除，並實現聚磷菌對磷元素的攝取。同時在第Ⅰ好氧區後再設一級缺氧區，在利用進水快速碳源完成生物除磷和脫氮的基礎上，利用第II缺氧池進行內源反硝化，進一步去除TN。第Ⅱ缺氧區後是第Ⅱ好氧區，通過曝氣使汙水中的溶解氧含量得以恢復，為進入二沉池進行泥水分離做準備。預缺氧區、厭氧區、缺氧區、好氧區等不同功能區的有機組合，強化了不同功能區去除汙染物的能力，確保了系統運行的穩定性，可靠性和靈活性。生化池型佈局如圖3所示。

鑑於一期工程第一階段氧化溝已分2組，且遠期規模5萬m3/d，為避免分組過多帶來運行管理不便，擴建工程AAAOAO池設計一座。平面尺寸50.0 m×46.1 m，有效水深：6.0 m，總有效容積：13 800 m³，總HRT：22 h，汙泥濃度：3.5~4.0 g/L，汙泥泥齡：22 d。生化池各區功能及主要設計參數如下。

（1）預缺氧區

通過預處理的部分汙水（20％~30％）和汙泥迴流泵房的外迴流進入預缺氧區，平面尺寸17.8 m×9.0 m，設計停留時間為1.53 h。為了保證汙泥和混合液混合，同時防止汙泥沉降，池內安裝潛水攪拌器2臺，單臺功率4 kW。

（2）厭氧區

經預缺氧區的汙水進入厭氧區，其主要功能是釋放磷。厭氧區平面尺寸17.8 m×13.0 m，水力停留時間為2.22 h。配置潛水攪拌器2臺，單臺功率4 kW。

（3）缺氧區Ⅰ

在缺氧區接受來自好氧區的內迴流和部分原水（70％~80％），使好氧區內含有硝酸鹽的混合液低能耗迴流至缺氧區並與進水混合，使得反硝化反應得以實現，從而達到脫氮的目的。平面尺寸27.4 m×17.8 m，水力停留時間為4.68 h。 安裝潛水推進器4臺，單臺功率5.5 kW。

（4）好氧區Ⅰ

汙水經過厭氧區、缺氧區Ⅰ後進入好氧區，通過曝氣實現去除BOD、硝化和磷的吸收這三項反應。好氧區1平面尺寸34.0 m×28.0 m，單廊道寬度8.3 m，水力停留時間為9.14 h。

（5）缺氧區Ⅱ

汙水經過好氧區Ⅰ後，進入缺氧區Ⅱ。 缺氧區Ⅱ平面尺寸28.0 m×9.4 m，水力停留時間為2.53 h。當碳源不足時，投加碳源（乙酸鈉），以確保反硝化作用。

（6）好氧區Ⅱ

在缺氧區Ⅱ後還設了一段好氧區，平面尺寸28.0 m×6.0 m設計停留時間1.61 h。對曝氣池出水進行曝氣，保證二沉池DO不低於2 mg/L。該好氧區還有將由於碳源投加造成的BOD5進一步氧化，避免出水BOD5超標的功能。

（7）進水分配渠和內外迴流系統

進水分配渠主要為實現多點進水而設置，通過在各進水點安裝調節堰門，通過開啟度調整，實現預缺氧區、厭氧區、缺氧區Ⅰ三點不同比例進水。汙泥迴流渠承接來自二沉池的迴流汙泥，汙泥迴流比為50%~100%，通過汙泥迴流泵變頻調節迴流量。硝化液迴流通過硝化液迴流泵實現，硝化液迴流比為100%~300%，通過硝化液迴流泵變頻調節迴流量。

2、深度處理設計要點

本工程深度處理採用高密度沉澱池+反硝化濾池組合工藝。高效沉澱池實際上把混合/絮凝/沉澱進行重新組合，混合、絮凝採用機械攪拌方式，沉澱採用斜管裝置，與普通平流式沉澱池相比，可大幅度提高水力負荷。由於混合、絮凝和斜管沉澱組合合理，使高密度沉澱池具有如下優點：①水力負荷高，沉澱區表面負荷約為10~25 m3/（m2・h），大大超過常規沉澱池的表面負荷，且佔地緊湊，排泥濃度高；②汙染物去除效率高，CODCr、BOD5和SS的去除率分別可達到40%、40%和70%，磷的去除率可高至80%；③由於加強了反應池內部循環並增加了外部汙泥循環，提高分子間相互接觸的機率，使絮凝劑在循環中得到充分利用，減少了藥劑投加量，降低了運行成本；④從沉澱區分離出的汙泥在濃縮區進行濃縮，提高了汙泥的含水率，使汙泥含水率達到98%。

高效沉澱池設計1座2組，並聯運行。主要設計參數如下：

混凝區設計參數：尺寸：3.2 m×3.2 m×5.0 m；混凝時間120 s；

絮凝區設計參數：尺寸：4.5 m×4.5 m×5.9 m；絮凝時間13.8 min；

澄清區採用上向流斜管沉澱池，斜管內徑φ=50 mm，斜長1 m，清水區水深1.0 m；尺寸：D=9.6 m×5.8 m，表面負荷為10.6 m3/（m2・h）。

深床反硝化濾池，是集生物脫氮及過濾功能合二為一的處理單元。反硝化濾池採用特殊規格及形狀的石英砂作為反硝化生物的掛膜介質，同時深床又是硝酸氮（NO3-N）及懸浮物極好的去除構築物。2~4 mm介質的比表面積較大。深介質的濾床足以避免竄流或穿透現象，即使前段處理工藝發生汙泥膨脹或異常情況也不會使濾床發生水力穿透。在常規深介質濾床的基礎上，本工程將濾床深度加深到2.4 m，進一步提高了深床反硝化濾池的脫氮能力，保證出水水質。介質有極好的懸浮物截留功效，固體物負荷高的特性大大延長了濾池過濾週期，減少了反衝洗次數，並能輕鬆應對峰值流量或處理廠汙泥膨脹等異常情況。反硝化濾池進水處安裝有流量計及相關檢測儀表，通過PLC系統控制碳源投加量，實現運行的自動化。

本工程反硝化濾池共設置4格，分為四格，單格過濾面積：39.73 m2，平均濾速：6.55 m/h，濾床深度2.4 m。反衝洗過程：①氣洗2 min；②氣水聯合沖洗10~15 min；③水漂洗5~8 min；反衝洗強度：氣洗92 m/h，水洗15 m/h。

3、其他輔助構築物工藝設計

（1） 二沉池

擴建工程新建一座直徑32 m的二沉池，進行泥水分離，峰值表面負荷：1.007 m3/（m2・h），平均表面負荷：0.70 m3/（m2・h）。

（2）鼓風機房

鼓風機房配置生化池曝氣用鼓風機和反硝化濾池空氣反衝洗用鼓風機。生化池供氣配置3鼓風機，單臺供氣量Q=30.0 m3/min，P=68 kPa。反硝化濾池空氣反衝洗配置2颱風機，單臺供氣量Q=62 m3/min，P=78.4 kPa。

（3）汙泥系統

汙泥採用汙泥濃縮+機械脫水+汙泥外運+厭氧堆肥處理工藝。現狀已建汙泥濃縮池一座。擴建工程新建直徑9.5 m重力汙泥濃縮池一座，二沉池和高密度沉澱池汙泥經濃縮池後，送入脫水機房。脫水至含水率80%後外運進行堆肥。脫水機房現有2臺帶寬1.5 m的帶式濃縮機，目前單臺機每天運行時間4 h。擴建工程完成後，增加單臺濃縮機每天運行時間至8 h即可滿足全廠所產生汙泥。濃縮池和脫水機房上清液均通過廠區汙水系統自流進入進水泵房，提升後送入生化段處理。

（4）除臭系統

本工程除臭系統選用生物土壤除臭工藝，需除臭的構築物分別是粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉砂池、AAO氧化溝（缺氧段、厭氧段）、汙泥濃縮池、汙泥脫水間、AAAOAO池（缺氧段、厭氧段）。經計算除臭總風量為3.92萬m3/h，共設置4套除臭系統，分別對應預處理系統、汙泥處理系統、一階段氧化溝（缺氧段和厭氧厭氧段）以及擴建工程AAAOAO池（缺氧段、和厭氧段）。

擴建工程完成後，一階段工程中的絮凝沉澱池、轉盤濾池和紫外消毒池將不再使用。相關構築物拆除作為預留用地。

4、工藝銜接及總圖佈置

擴建工程生化池進水來自原有細格柵及旋流沉砂池預留管路，第一階段和擴建工程二沉池出水匯入中間提升泵房後，統一提升至深度處理系統，處理達標後排放。詳見工藝流程圖（圖1）。擴建工程所產生的汙泥送入原有汙泥系統進行統一處理，經濃縮後送入帶式壓濾機，脫水至80%，泥餅外運處理。擴建及提標改造工程均利用廠區原有預留用地總圖佈置如圖4所示。

圖4 總平面佈置圖

四、結論

（1）擴建工程生化段採用AAAOAO工藝，通過不同功能區的優化組合，在傳統工藝的基礎上實現了強化去除COD和脫氮效果。同時也考慮了後期進水水質可能惡化的可能，儘可能將COD和TN的去除集中在生化段，降低了後續處理負荷。

（2）深度處理採用高密度沉澱池和深床反硝化濾池。在外加混凝劑、絮凝劑、碳源的情況下，強化脫氮除磷，保證出水水質的穩定達標。

（3）擴建工程及提標改造工程總投資為7970.85萬元，本期項目運行單位水量總成本為2.484元/t，單位水量經營成本為1.617元/t，直接運行成本0.826元/t。

（4）本工程為首批按《蘇州市特別排放限值標準》進行設計的汙水廠之一，其工藝設計將會對後續的擴建及提標改造起到積極的借鑑作用。

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