一般来说，采用生物脱氮除磷工艺、设计合理且运行良好的二级污水处理厂，二沉池出水COD、BOD₅、NH₃-N等指标均可达到一级A标准，但SS和TP只能稳定达到一级B标准^[2]。因此选择提标改造工艺路线应首先考虑现有生物处理单元的优化，通过工艺运行优化，及适当的工程改造措施，使二沉池出水的上述指标稳定达到一级A标准。其次，SS的达标需要增加深度处理，TP的达标需要辅助化学除磷^[3]。尽可能发挥生物处理环节的作用和潜力，是保证提标工程出水稳定达标、减少投资和运行费的关键。

预处理单元的改造应重视进水水量和水质的变化。特别是小型污水处理厂，水量的变化可能造成生化池无法稳定运行，这种情况增加调节池是必要的。进水中工业废水占比较大时，进水水质变化对生物处理的冲击不可忽视，可增加水解酸化池等预处理，提高污水可生化性，降低污水后续处理的难度^[4]。

生物处理单元改造重点是提高现有生化池的脱氮除磷能力，使NH₃-N、TN稳定达标。如有条件将现有生化池改造成A²/O运行模式，可实现较好的脱氮除磷效果。为此有时需将部分好氧区改为缺氧区或厌氧区。同时在好氧区填充悬浮填料，改造成MBBR工艺，通过提高微生物数量来增强硝化效果^[5]，确保NH₃-N稳定达标。对于SBR系列工艺如完全改造为A_n/O工艺，土建和设备改动量较大，应优先考虑调整运行时序，强化脱氮除磷效果，如增加进水缺氧搅拌阶段以及在曝气中间增加停曝搅拌阶段等。也可新建厌氧池或缺氧池，并增加污泥外回流，形成A-SBR运行方式，强化脱氮除磷效果^[6]。如果进水BOD₅、TN值偏低，碳源严重不足，需考虑外加碳源。

深度处理单元重点关注的指标是SS和TP。深度处理包括混凝、沉淀和过滤等工艺，过滤是保证出水SS达标的关键，通常是不可缺少的环节。当二级出水水质较好时，可投加混凝剂后直接过滤；为达到较高水质的可靠性或有回用要求，可经混凝沉淀后再过滤。混凝沉淀多采用高效沉淀池，当SS和TP去除率要求更高时，也可采用磁混凝沉淀。过滤有多种形式：V型滤池占地较大，但技术成熟，出水水质稳定；活性砂滤池实现了连续冲洗连续过滤，但过滤效果对池型、布水、洗砂，特别是滤料有较高要求；滤布滤池（转盘过滤器）作为表面过滤，能耗低，占地最小，其过滤效果受进水SS、颗粒物粒径分布、滤布质量和寿命影响；直接采用表面过滤应对二级出水水质做谨慎评估，通常在表面过滤前应增加混凝沉淀。对于以工业废水为主的城镇污水处理厂（如工业园区污水厂），污水中难生物降解有机物难以通过二级处理去除，这种情况需要在深度处理单元考虑化学氧化处理，常用的有臭氧、紫外线、芬顿等^[6-7]。

依据处理规模、水质特点，辽宁地区需提标改造的污水厂大体可分为两类，一是规模较大，进水中有工业废水；另一类是规模较小，进水以生活污水为主。以下通过两个较为典型的工程案例，说明提标改造工程设计中关键问题和应对措施。

A污水处理厂坐落于辽宁省东部城市抚顺市，一期工程设计规模25万m³/d，于2002年6月正式投入运行。一期工程污水处理采用DAT-IAT工艺，工艺流程见图1。

一期工程设计出水指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918—2002)》^[1]中的二级标准，其实际出水达到设计预期，某些指标能够达到一级B标准，但与一级A有较大差距。一期工程实际进、出水水质见表1。2012年三宝屯污水处理厂进行改扩建，改扩建完成后处理能力提高到40万m³/d，排放标准执行一级A标准。

一期工程由于设计时间较早，当时的设计排放标准与一级B标准还有一定差距，因此出水COD、BOD₅、SS、TN、TP等主要污染物都需进一步去除；现有生化池污泥负荷偏高，停留时间不够，无法满足脱碳、硝化所需的水力停留时间；由于进水中工业废水占比较大（约40%），进水水质波动较大，特别是COD和TP含量；现有IAT-DAT工艺具有较好的抗负荷冲击能力，但脱氮除磷效果较差。

根据污水处理厂实际情况和提标改造要求，在尽量利用现有设施的前提下，主要采取以下改造措施。①将原设计25万m³/d的IAT-DAT生化池处理规模调整为20万m³/d，通过减少进水量，增加了生化池的水力停留时间。因进水NH₃-N较低，调整后生化池可保证硝化反应的充分进行，确保BOD₅和NH₃-N达标。新增生化处理规模20万m³/d，采用多点进水A/A/O工艺，总处理规模增加到40万m³/d。②为增加现有生化系统的生物除磷能力，在生化池前端新建一座厌氧池。进水由DAT池改为厌氧池，在厌氧池前段增加浓缩段，IAT池增加污泥回流至厌氧池浓缩段。回流污泥经过浓缩后再进入厌氧池，这样采用较小的回流比（低于50%）就可保证厌氧池中的污泥浓度，又可避免进水中VFA被稀释而减少，影响磷的释放。③为保证SS、TP达到一级A标准，增加深度处理。本工程因进水水质波动较大，深度处理采用混凝、沉淀、过滤工艺。此工艺流程较长，对进水水质变化有较强的缓冲和适应能力，出水水质稳定。同时，深度处理规模较大，基于处理效果和节能考虑，混凝沉淀采用了工艺成熟、效果稳定的机械混合池、斜板反应池和斜管沉淀池。过滤采用了占地小、能耗低的纤维转盘过滤器。在混合池投加药剂进行化学除磷。提标改造工程污水处理工艺流程见图2。

①生化池改造新建厌氧池1座，分2格，单格尺寸L×W×H=60.9 m×15.0 m×8.5 m，停留时间1.8 h。前端设污泥浓缩段，尺寸L×W×H=12.8 m×13.1 m×8.5 m，浓缩时间25 min。一期工程共设置9座IAT-DAT反应池，三座一组。每座反应池尺寸L×W×H=83.7 m×40.7 m×6 m。在每座IAT池内设置一台外回流泵至新建浓缩池。单泵流量1 400 m³/h，扬程5 m，回流比50%。浓缩后的污泥通过穿墙潜污泵进入厌氧池。

②深度处理机械混合池8座，每座2格，单格尺寸L×W×H =2.0 m×2.0 m×5.5 m，总混合时间110 s。竖流式折板反应池8座，与机械混合池合建，单座尺寸L×W×H =14.0 m×14.3 m×5.9 m，反应时间18 min。斜管沉淀池8座，单座尺寸L×W×H =14.0 m×14.0 m×6.3 m，表面负荷10.6 m³/m²·h。纤维转盘过滤器4座，每座分为2格，每格尺寸L×W×H=14.6 m×8.3 m×4.7 m，内设纤维转盘过滤器1套，滤盘直径3 m，单盘有效面积12.6 m²。

A污水厂处理厂改扩建工程于2013年完成并进行调试，2014年10月全部投入运行，出水稳定达到一级A标准。2018年污水厂进、出水水质（平均值）见表2。

B污水处理厂坐落于辽宁省西北部的建昌县，其一期工程于2009年建成，设计规模为1.5万m³/d。2014年完成了二期扩建工程，总处理能力增加到3万m³/d。一期、二期工程污水处理均采用CASS工艺，出水执行一级B排放标准。污水处理工艺流程见图3。一期、二期CASS池均两座，每座分两格，每格设置选择区、缺氧区和主反应区。2016年污水厂进、出水水质（平均值）见表3。2017年开始提标改造工程，要求出水由一级B提标到一级A。

①建昌县排水体制为截流式合流制，且污水截流干管临河敷设，因此雨水进入和地下水渗入的影响较大，导致进水COD、BOD₅、SS等指标偏低。另外进水C/N比较低，不利于生物脱氮。②出水主要指标优于一级B标准，要达到一级A标准，应进一步去除NH₃-N、TN和TP。特别是NH₃-N存在超标的情况，说明生化池可能由于低温等原因硝化反应不够充分，应采取措施强化脱碳和硝化效果。③污水厂位于大凌河附近，尾水排入大凌河，大凌河下游王家窝棚断面应达到《地表水环境质量标准(GB 3838—2002)》^[8]Ⅳ类水标准，提标改造工程应重点关注除磷效果和运行稳定性。

①为强化硝化反应，在CASS反应池主反应区内增加悬浮填料，改造为MBBR工艺。悬浮填料比表面积大，提高了生化池污泥浓度和微生物量。填料易于硝化菌附着生长，提高硝化反应速率，特别是避免冬季低温时硝化菌的流失，保证出水NH₃-N稳定达标。②混凝沉淀采用高效沉淀池。高效沉淀池结合快速混合、污泥回流、斜管或斜板沉淀等措施，实现了高效固液分离。相比传统混凝沉淀，高效沉淀池表面负荷大，占地面积小，不仅提高了SS的去除率，同时大大节省了土建投资。

过滤采用连续流活性砂滤池，这是基于用地和处理效果的综合考虑。相比表面过滤，活性砂滤池出水SS更稳定，对进水SS的变化适应性更强。TP与SS有一定的相关性，要稳定达到出水TP≤0.5 mg/L，控制好出水SS很重要。同时连续流活性砂滤池相比V型滤池占地小，能连续过滤，运行管理更方便。B污水处理厂的提标改造工程污水处理工艺流程见图4。

①生化池改造。一期CASS池两座，每座两格，单格宽18 m，长28 m；二期CASS池两座，每座两格，单格宽18 m，长33 m。有效水深均为6 m。提标改造工程在主反应区前端设置悬浮填料（占池容25%），填充率30%，悬浮填料共2 000 m³。悬浮填料采用圆柱形填料，HDPE材质，直径25 mm，高12 mm，有效比表面积500 m²/m³。悬浮填料区设置不锈钢格网，限制悬浮填料外流。②深度处理构筑物。高效沉淀池包括混合段、絮凝反应段和斜管沉淀段。机械混合段分2组，每组设置2级混合池，单池尺寸为L×W×H =2.1 m×2.1 m×2.9 m，混合时间120 s；絮凝反应段分2组，单组平面尺寸4.5 m×4.5 m×7.0 m，反应时间10 min；沉淀段为2座斜管沉淀池，单池尺寸L×W×H=9.4 m×9.4 m×7.0 m，设计表面负荷15 m³/m²·h。选用连续流活性砂过滤器32套，分别设置在8格池体内，单格池体4.95 m×4.95 m，池深6.13 m。单套过滤面积6.0 m²，设计滤速7.6 m/h，砂床高度2 m。

B污水处理厂提标改造工程2018年3月建成，调试阶段TP在0.7 mg/L左右，其他各项指标均稳定达到一级A标准。除磷剂采用聚合氯化铝和PAM，投加在高效沉淀池前端混合池。后采取了如下措施：①更换活性砂滤池滤料，严格达到设计要求的粒径和级配，进一步降低出水SS；②试验其他除磷剂，包括铁盐、铝铁复合盐及专业厂家提供的成品除磷剂等。经过一段时间调试，选用复合除磷药剂，达到了稳定的化学除磷效果，出水总磷稳定控制在0.3 mg/L左右。2018年B污水处理厂进、出水水质（平均值）见表4。

通过工程案例介绍了污水处理厂提标改造工程的工艺路线，以下对设计中存在问题和经验做简要总结。

1）高效沉淀池、连续流活性砂滤池、纤维转盘过滤器等工艺，在提标改造工程中应用较多。这些工艺引自国外，对设计和供货商的技术能力依赖度较大，国内相关设计规范和标准还不完善。一些工程或盲目照搬，或设计不合理，建成后达不到设计预期，甚至长期闲置。建议有关部门应尽快进行完善。

2）化学除磷效果与进水水质、除磷剂种类和投加点有关。由于污水中TP的组成差异，不同污水厂使用同一种药剂产生的效果也可能差别较大。设计常用的药剂是铝盐和PAM，但从一些案例看，有时铁盐或铝铁复合盐的效果更加理想，因此建议实际设计中应该通过试验确定采用何种除磷剂。除磷剂投加点通常设置在深度处理单元，以减少加药量。但实际运行中投加点多在生化池或二沉池进水处，才能使总磷稳定达标。这说明在生化池中药剂混合更充分，反应时间充足，除磷效果更好；也说明一些深度处理工程的设计和运行效果不够理想。

3）在选择提标改造工艺时，应注意北方地区冬季低温的影响。低温对生化系统影响最明显的是硝化速率的降低，可能造成NH₃-N超标。提标改造方案首先应保证好氧池容积和停留时间，保证低温时硝化泥龄。在池体不具备条件扩容时，一般通过投加悬浮填料提高硝化速率，在冬季低温时效果更明显。

深度处理单元为了保温一般放置在室内，但如果采用的是混凝、沉淀、过滤工艺，流程长，池体大，其土建投资较大。为此有些工程将沉淀池等置于室外，但冬季低温增加了化学药剂的投加量和室外设备维护难度。这需要在工艺可靠性、投资、运行费用等方面综合评估和决定。

污水处理厂提标改造对减少污染物排放，改善环境有重要意义，也为污水回用创造条件。污水处理厂从一级B提标到一级A，主要从强化二级处理和增加深度处理等方面入手，目前技术路线已日趋成熟，新技术、新工艺也不断出现。选择提标改造工艺首先应全面掌握现有污水厂运行数据，包括进水水质、设计参数、运行参数等，找出升级改造要解决的重点问题和难点，并结合污水厂现有条件，有的放矢的选择技术路线，不可照抄照搬。