沈曉賢，胡幗范，貢瑞金

（1.蘇州市吳中區(qū)水務(wù)局，江蘇 蘇州 215000；2.蘇州中晟環(huán)境修復(fù)有限公司，江蘇 蘇州 215000）

2018年9 月，蘇州市市委市政府下發(fā)《關(guān)于高質(zhì)量推薦城鄉(xiāng)生活污水治理三年行動計劃的實施意見的通知》，要求“設(shè)施全覆蓋、污水全收集、尾水全提標(biāo)、監(jiān)管全方位”，加快污水處理廠提標(biāo)改造，蘇州市城鎮(zhèn)生活污水處理廠執(zhí)行《蘇州特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)》（尾水排放達到準(zhǔn)Ⅳ類，詳見表1），并自2021年1月1日起按此標(biāo)準(zhǔn)進行考核。

表1 蘇州特別排放限值標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

為構(gòu)建“低碳、節(jié)能、環(huán)?！毙赂窬郑瑴p少污水處理廠污染物的排放，保障區(qū)域河湖水質(zhì)，改善太湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境，保證社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。金庭鎮(zhèn)污水處理廠按尾水排放達到準(zhǔn)IV 類要求建設(shè)提標(biāo)工程，主要設(shè)計思路為“一廠一濕地”，內(nèi)容包括污水處理廠反硝化強化提升和人工濕地建設(shè)，將原有污水處理廠改造升級與后續(xù)濕地處理合二為一，即通過提升廠內(nèi)污水預(yù)處理，增設(shè)人工濕地，從而達到《蘇州特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)》進一步消減污水處理廠出水污染物，減少金庭鎮(zhèn)污水處理廠污染物的排放。

1 污水處理廠概況

蘇州市金庭鎮(zhèn)污水處理廠位于金庭鎮(zhèn)東南部，林屋路南側(cè)。服務(wù)范圍為金庭鎮(zhèn)區(qū)及周邊有條件接管的農(nóng)村地區(qū)（包括6個行政村，27個自然村）。

1.1 處理能力

污水處理廠一期工程處理能力為1.0萬m3/d，處理工藝為“曝氣沉砂池+倒置A2/O 工藝+二沉池+混凝沉淀+濾布濾池”，污泥處理采用“重力濃縮池+離心脫水”處理工藝，消毒處理采用二氧化氯接觸消毒工藝，出水達到GB 18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 設(shè)計進水水質(zhì)

污水處理廠設(shè)計污水進水水質(zhì)CODCr為380 mg/L，BOD5為180 mg/L，詳見表2。

表2 污水處理廠設(shè)計進水水質(zhì) 單位：mg/L

1.3 設(shè)計出水水質(zhì)

污水處理廠一期工程尾水水質(zhì)達到國家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，其主要出水水質(zhì)如表3。

表3 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）單位：mg/L

1.4 污水處理廠改造前工藝流程

污水處理廠一期工程各處理環(huán)節(jié)采用的主要方案有：預(yù)處理采用細格柵＋曝氣沉砂池；二級生物處理倒置A2/O工藝；二沉池采用中進周出輻流式沉淀池；深度處理采用混凝沉淀+濾布濾池；消毒工藝采用二氧化氯消毒；污泥處理工藝采用重力濃縮池＋離心脫水機+污泥外運；除臭工藝采用生物除臭。

2 污水處理提標(biāo)改造工程

2.1 工藝流程

金庭鎮(zhèn)污水處理廠出水從GB 18918—2002 一級A標(biāo)準(zhǔn)提升到《蘇州特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)》，即尾水排放達到準(zhǔn)Ⅳ類。本次提標(biāo)改造工程采用“提升池1+反硝化濾池+調(diào)節(jié)布水+垂直流濕地+提升池2+表面流濕地”組合工藝［1］。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 蘇州市金庭鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)工程工藝流程

2.2 技術(shù)特點

提標(biāo)工程的主要技術(shù)主要包括建立新的生物反硝化過濾、人工濕地和附加消毒過程。

2.2.1 生物深度反硝化濾池

利用附著在填料上的生物膜反硝化作用，有效去除二級污水中的硝酸鹽氮。生物濾池的深度脫硝過程具有生物量高、細菌種群結(jié)構(gòu)合理、低溫效應(yīng)、抗沖擊性強、污泥停留時間長等優(yōu)點。新型生物脫氮濾池工藝通過改進濾料、反洗模式及布水方式等關(guān)鍵技術(shù)，使傳統(tǒng)反硝化濾池脫氮性能得到增強。采用碳源精確投加控制系統(tǒng)，既保證生物脫氮濾池的脫氮效果，又避免碳源的浪費。其結(jié)構(gòu)簡單，在一個處理單元中集合了多種功能，對懸浮物SS、TN 和TP 的去除效果明顯，對TN 的去除效率特別高，出水質(zhì)量濃度可以降低到低于5 mg/L［2］。

2.2.2 人工濕地

系統(tǒng)模仿自然濕地的結(jié)構(gòu)和功能，通過物理、化學(xué)和生物三位一體，清除水體中的污染物。濕地系統(tǒng)的污染物去除手段具體包括物理（沉淀、過濾、紫外線照射）、化學(xué)（沉淀、吸附、揮發(fā)）和生物（微生物降解、微生物營養(yǎng)轉(zhuǎn)化、植物通過根莖吸收等），人工濕地采用“垂直潛流人工濕地+表面流人工濕地”方案，為硝化細菌和反硝化細菌的生長提供了一個好氧和厭氧環(huán)境，各項指標(biāo)的去除率進一步提高，出水水質(zhì)明顯趨于穩(wěn)定，具有投資少、能耗低、處理效果可靠等特點［3-4］。

2.2.3 過濾消毒

生活污水中含有各種細菌、病菌、原生動物和其他微生物。根據(jù)城市污水再處理的水質(zhì)要求，接觸30 min 后的余氯質(zhì)量濃度應(yīng)不低于1.0 mg/L，管網(wǎng)末端不低于0.2 mg/L，加氯水平一般高于標(biāo)準(zhǔn)水平，以達到消毒效果，這也導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水處理廠的出水含有一定量余氯。當(dāng)污水處理廠處理的水進入濕地后，氯化物被濕地中生長的植物吸收，會導(dǎo)致植物葉子組織內(nèi)滲透壓力升高，造成葉子枯萎植物死亡。因此，將污水處理廠出水加氯消毒工藝后置，混凝沉淀池先經(jīng)泵房提升進入新型生物脫氮濾池預(yù)處理后，自流進入濕地前端布水池，通過布水裝置后自流進入垂直潛流生態(tài)濕地，垂直潛流生態(tài)濕地出水提升到表面流濕地，表面流濕地出水回流至纖維轉(zhuǎn)盤濾池，經(jīng)過濾消毒后經(jīng)污水處理廠現(xiàn)狀排水口流至戰(zhàn)備江［5］。

2.3 平面布置

項目綜合水池及新型生物脫氮濾池位于廠內(nèi)東側(cè)空地上，方便與原污水處理廠構(gòu)筑物銜接，綜合水池占地面積150 m2，新型生物脫氮濾池占地面積330 m2。

根據(jù)平面布置原則及建設(shè)地點地形、地貌、道路等自然條件，考慮進、出水方向、風(fēng)向等因素，對濕地各組成部分進行合理布置。濕地建設(shè)用地總面積約為12 028 m2，其中垂直潛流人工濕地有效面積8 100 m2。布水池位于濕地中心，有14 個配水系統(tǒng)，連接14 個濕地單元的配水主管，向垂直潛流人工濕地輻射狀配水。以布水池為圓心設(shè)置4個圓弧狀垂直流濕地。

將污水處理廠內(nèi)360 m2的景觀水池改造為表面流人工濕地。垂直潛流濕地出水回流至污水處理廠現(xiàn)狀水池改造的表面流濕地，再流入污水處理廠現(xiàn)狀纖維轉(zhuǎn)盤濾池。

2.4 工藝設(shè)計

工藝設(shè)計包括6個主要單元，見表4。

表4 工業(yè)設(shè)計及主要功能

新型生物反硝化濾池在一個處理單元中集多種污染物去除功能于一身，包括去除懸浮物SS、TN 和TP。運行結(jié)果表明，在BOD 小于5 mg/L、SS小于5 mg/L 和TN 小于3 mg/L 的情況下，無需化學(xué)加藥就可以達到TP的出水要求。當(dāng)TP大于0.3 mg/L時，可以通過化學(xué)除磷來實現(xiàn)。

本工程新建新型生物脫氮濾池一座4 組，污水經(jīng)均質(zhì)石英砂濾料層過濾，濾除進水中的懸浮物，并通過附著生長在濾料表面的微生物反硝化作用將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣，降低出水的TN 質(zhì)量濃度。主要設(shè)計參數(shù)：設(shè)計流量為1.0 萬m3/d，Kz=1.61，最大流量為1.61萬m3/d，土建及設(shè)備安裝規(guī)模按1.0萬m3/d完成。

3 人工濕地

3.1 設(shè)計參數(shù)

（1）布水池設(shè)計參數(shù)。布水池的高效率和高穩(wěn)定性是人工濕地長期運行的重要條件。布水池的作用除依據(jù)污水來水量均勻投配到垂直流濕地內(nèi)，通過預(yù)充氧還能提高垂直流人工濕地的硝化效率。設(shè)計流量為1.0 萬m3/d，Kz 為1.61；最大流量為1.61萬m3/d，Qmax為672.3 m3/h；

（2）垂直潛流設(shè)計參數(shù)。垂直潛流濕地為整個工程工藝設(shè)計的核心部分。CODCr、BOD5和NH3-N等污染物同濾床濾料層中附著的微生物進行好氧反應(yīng)；含磷污染物將在濾床濾料層中吸附沉淀；含氮污染物主要通過硝化反硝化過程去除。設(shè)計流量為1.0 萬m3/d，Kz 為1.61；總有效面積8 100 m2，池深1.28～1.43 m；水力負荷為1.23 m3/m2·d。

（3）表面流濕地設(shè)計參數(shù)。相對富氧的表面流濕地主要針對NH3-N 的去除，通過污水流動，去除廢水中NH3-N、有機物和懸浮物SS 等，有利于沉積物沉積。本工程表面流生態(tài)濕地利用污水處理廠內(nèi)現(xiàn)狀景觀水池改造，有效水深0.3 m，總有效面積360 m2，在原池體內(nèi)增設(shè)布水集水管、填料及濕地植物。

3.2 人工濕地填料選擇

由于人工濕地面積較大，對填料需求也多。除了尺寸、形狀和特性之外，填料還應(yīng)該是性價比高的材料，以降低建造人工濕地的成本。

人工濕地的常見填料包括沙子、礫石、高爐礦渣、陶器碎片、沸石、石灰石和鋼渣。在試驗中，鋼渣作為填料呈堿性，且廢水中的懸浮物質(zhì)量濃度會變高，不適合作為濕地的唯一填料；高爐渣對COD 和TP 的凈化性能低，不能作為濕地的填料；沙子的粒徑較小，容易堵塞，不適合作為濕地的唯一填料；礫石具有良好凈化效果，pH 值適宜，不易堵塞。

地表徑流主體部分的濾料由10～20 mm 厚的礫石組成，集水區(qū)的濾料由20～40 mm厚的礫石組成，利于微生物定居。

3.3 人工濕地植物選擇

在人工濕地建設(shè)中，植物物種的選擇是決定人工濕地能否正常運行和發(fā)揮作用的重要環(huán)節(jié)。目前國際上公認的在濕地中占主導(dǎo)地位的淡水水生植物種類包括闊葉香蒲、蘆葦、苦水草、軟水草和狐尾藻。

3.4 人工濕地運行

金庭鎮(zhèn)污水處理廠配套人工濕地在2019 年底完工，目前已穩(wěn)定運行2 年有余。垂直潛流人工濕地的水力負荷為1.23 m3/（m2·d），需垂直潛流人工濕地面積8 100 m2，后續(xù)接表面流人工濕地用于景觀美化和出水水質(zhì)保障，剩余1 990 m2用于配套及輔助設(shè)施用地，出水水質(zhì)滿足要求，CODcr去除率在10%～20%，NH3-N和TN去除率為5%～15%。

3.5 人工濕地管理

日常維護主要包括濕地植物收割、濕地雜物垃圾清理、清理填埋面上的筑壩痕跡、反沖洗濕地進出水管道、測量盆體標(biāo)高和出水口水位等，日常維護周期每月不少于2次。

檢查內(nèi)容主要包括濕地進出水水質(zhì)監(jiān)測，檢查設(shè)備運行狀況，適當(dāng)調(diào)整運行參數(shù)，檢查進水管道的配水孔和配水壩等是否存在堵塞、污泥分布不規(guī)則等問題，與濕地有關(guān)的輔助設(shè)備何時損壞、滲漏等。檢查周期1周1次。

維修包括對日常維護和檢查中遇到的問題，主要包括盆體的蓋板、輔助井的防墜網(wǎng)、水管（污水）、閥門部件、集水池內(nèi)設(shè)備的維修和更換等。

檢查濕地人工植物的生長情況。如果出現(xiàn)問題，應(yīng)進行補充分析以確定原因，檢查地下人工濕地是否有不規(guī)則的植物生長，如果出現(xiàn)這些情況，應(yīng)檢查是否存在短流問題。

4 提標(biāo)改造工程運行性能分析

4.1 設(shè)計進水水質(zhì)

人工濕地的設(shè)計進水水質(zhì)以金庭鎮(zhèn)污水處理廠的尾水實測水質(zhì)為基礎(chǔ)，結(jié)合污水處理廠服務(wù)范圍的水質(zhì)特點合理確定。表5統(tǒng)計了金庭鎮(zhèn)污水處理廠2018 年1—6 月的實測出水水質(zhì)峰值，為人工濕地設(shè)計進水水質(zhì)的確定提供依據(jù)。

表5 出水水質(zhì)峰值分析 單位：mg/L

從表5可以看出，出水CODCr、NH3-N、TP的峰值分別為39.3 mg/L、4.72 mg/L、0.27 mg/L。金庭鎮(zhèn)污水處理廠接入的污水主要是服務(wù)范圍內(nèi)的生活污水，考慮到隨著污水收集系統(tǒng)不斷完善，混接和錯接的雨水管道越來越少，進水質(zhì)量濃度還會有所提高，處理負荷將會提升，這些都會影響未來污水處理廠的出水水質(zhì)，另外，污水處理廠的出水水質(zhì)波動較大，設(shè)計進水水質(zhì)有一定的設(shè)計余量。綜合以上考慮，確定人工濕地設(shè)計進水水質(zhì)，見表6。

表6 設(shè)計進水水質(zhì) 單位：mg/L

4.2 設(shè)計出水水質(zhì)

因本項目占地面積有限，濕地設(shè)計負荷高，當(dāng)出水水質(zhì)要求高時，混凝沉淀池出水要先進入新型生物脫氮濾池進行預(yù)處理，使?jié)竦剡M水優(yōu)于一級A，才能保證人工濕地出水穩(wěn)定達標(biāo)。生態(tài)濕地出水水質(zhì)與濕地進水水質(zhì)密切相關(guān)，濕地出水水質(zhì)如下表7所示。

表7 設(shè)計出水水質(zhì) 單位：mg/L

4.3 提標(biāo)前后進出水指標(biāo)對比

污水處理廠提標(biāo)改造工程于2019年12月完成竣工驗收。通過對2018年1月至2019年12月改造前和2020年1月至2021年12月改造后污水處理廠進出廠水質(zhì)指標(biāo)的日常監(jiān)測，得到了污水處理廠每月進出水中CODcr、NH3-N、TN 及TP 等指標(biāo)的變化，見圖2～5。

圖2 污水處理廠提標(biāo)改造前后進出水CODcr質(zhì)量濃度變化

圖3 污水處理廠提標(biāo)改造前后進出水NH+4-N質(zhì)量濃度變化

圖4 污水處理廠提標(biāo)改造前后進出水TN質(zhì)量濃度變化

圖5 污水處理廠提標(biāo)改造前后進出水TP質(zhì)量濃度變化

改造前污水處理廠出水平均CODcr質(zhì)量濃度為18.04 mg/L，提標(biāo)工程完成后，出水CODcr質(zhì)量濃度明顯下降，平均質(zhì)量濃度達到11.42 mg/L。去除率得到提高，出水水質(zhì)較為平穩(wěn)。盡管反硝化濾池運行時，需要投加外加碳源以實現(xiàn)反硝化脫氮。但在碳源精確投加控制系統(tǒng)的作用下，沒有出現(xiàn)碳源投加過多或過少的情況。既保證了反硝化脫氮濾池的處理效果，又不會造成碳源的浪費，并且不會導(dǎo)致出水中CODcr質(zhì)量濃度的升高。

改造前污水處理廠出水中平均NH3-N 質(zhì)量濃度為0.8 mg/L，隨著改造完成，出水中NH3-N質(zhì)量濃度明顯下降，平均質(zhì)量濃度達到0.18 mg/L。去除率得到提高，出水水質(zhì)較為平穩(wěn)。

改造前污水處理廠出水平均TN 質(zhì)量濃度為3.29 mg/L，隨著改造完成，出水TN 質(zhì)量濃度明顯下降，平均質(zhì)量濃度達到1.78 mg/L。去除率得到提高，出水水質(zhì)較為平穩(wěn)。

改造前污水處理廠出水平均TP 質(zhì)量濃度為0.07 mg/L，隨著改造完成，出水TP 質(zhì)量濃度明顯下降，平均質(zhì)量濃度達到0.05 mg/L。去除率得到提高，出水水質(zhì)較為平穩(wěn)。

綜上所述，污水處理廠改造前出水CODCr、NH3-N、TN、TP 一級A 達標(biāo)率均為100%，現(xiàn)狀工藝流程和設(shè)計參數(shù)可滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)。但是，污水處理廠出水CODCr、NH3-N、TN、TP質(zhì)量濃度變化較大，說明污水處理廠在改造前的運行過程中出水水質(zhì)存在波動。提標(biāo)工程運行后，出水水質(zhì)明顯趨于穩(wěn)定，出水CODCr、NH3-N、TN、TP 平均去除率分別達到93.74%、98.15%、90.30%和97.70%，各項指標(biāo)的去除率進一步提高。

5 結(jié) 語

工程針對蘇州市金庭鎮(zhèn)污水處理廠進行準(zhǔn)IV類提標(biāo)改造，主要結(jié)論如下：

工程在現(xiàn)有污水處理廠的基礎(chǔ)上，在污水處理廠處理工藝末端新增新型生物脫氮濾池和人工濕地處理工藝，實現(xiàn)污水處理廠出水水質(zhì)的進一步提升。

工程中新型生物脫氮濾池工藝通過對濾料、反洗模式及布水方式等關(guān)鍵技術(shù)的改進使傳統(tǒng)反硝化濾池脫氮性能得到增強。采用碳源精確投加控制系統(tǒng)，既保證生物脫氮濾池的脫氮效果，又避免碳源的浪費，降低運行成本。

工程中人工濕地采用垂直潛流人工濕地+表面流人工濕地的方案。提標(biāo)工程運行后，污水處理廠出水水質(zhì)明顯趨于穩(wěn)定，各項指標(biāo)的去除率進一步提高。