3.5 排放水体
污水处理厂提标改造后，尾水仍选择藻江河作为受纳水体。
3.6 升级改造工程厂址
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在老藻江河东侧征地，面积21940m（32.91亩）。深度处理构筑物均布置在新征用地范围内。
3.7 工程难点
（1）邀请函确定的水质数值偏离原设计进水水质数值较多，有部分构筑物不能满足处理的需要，原系统需要改造。
（2）在冬天气温较低的情况下，按照设计温度12℃设计，在微生物的代谢速度明显变慢时，不易达到TN去除67%以上的目标，来满足出水TN要求。
（3）在用地面积相对紧张，用地形状不规整的情况下，不
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仅要布置下15万m/d的深度处理设施，还要予留出尽量多的远期中水回用设施用地。
（4）实际进水BOD5远低于设计BOD5数值，目前生化反应碳源不足。 3.8 工艺方案
3.8.1 进水水质特点和出水水质要求
进水水质特点和出水水质要求是决定污水处理工艺的前提。 3.8.1.1进水水质基本特点如下：
(1) 污水的可生化性
本工程污水处理厂设计进水水质COD=500mg/L，BOD5=250mg/L。前道工序中，有初次沉淀池，考虑去除掉10%的BOD，从污水可生化性考虑，污水中BOD5/COD=225/500=0.45，可生化性较好。
(2) 碳氮比
本工程设计进水水质NH3-N＝35mg/l，TN＝45mg/l，要求出水NH3-N≤5mg/l（水温12℃以上），NH3-N≤8mg/l（水温12℃以下），TN≤15mg/l。从目前的进水水质分析，总氮还是比较高的，工艺方案在考虑出水水质及保证沉淀效果的前提下，系统必须具有足够的反硝化能力。而系统能否完成较充分的反硝化，除了外部条件，还取决于进水的碳源是否充足。因此在选择污水处理工艺前要对进水的碳源情况进行分析。
反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的，在不投加外来碳源条件下，污水中必须有足够的有机物(碳源)，才能保证反硝化的顺利进行。一般认为，BOD5/TN≥5.0才可认为污水有足够的碳源供反硝化菌利用，基本的要求也应达到BOD5/TN≥4。从本工程生化池进水水质来看，按照邀请书要求的设计进水水质来看，考虑到初次沉淀池去除了10%的BOD5，BOD5/TN=225/45=5，碳源基本满足要求。 （3) 碳磷比
本工程设计进水水质TP=6mg/L，要求出水TP≤0.5mg/L。本工程生物池进水水质中BOD5/TP＝225/6=37.5>17，采用生物除磷法可得到较为满意的除磷效果。由于本工程除磷量相对较大，且出水要求严格，另外考虑到污水处理厂污泥浓缩池中磷释放问题，因此在本工程设计中采用生物法除磷与化学法除磷相结合的方法以强化除磷效果，以达到污水排放标准。
目前现状进水BOD数值与设计进水BOD差距很大，污水可生化性尚可，但碳氮比按照现状BOD数值计算不满足脱氮的要求。工程中考虑予留甲醇投加装置，保证在碳源不足的时候，进行投加以满足生化处理工程中的碳源需求。 3.8.1.2出水水质要求基本特点如下：
(1)BOD5,TP,NH3-N,SS,CODcr控制要求高。
(2)TN控制要求非常高，冬天水温12 ℃时仍要控制在15mg/L以下。
根据以上分析可以看出本工程二级处理后的污水必须进行深度处理和加强生物反应池的反应效率，最终使出水水质中的污染物指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
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3.8.2 二级处理工艺改造的比选
通过对AA/O池的复核计算，原设计的AA/O池的停留时间、泥龄、硝化与反硝化时间均不能满足设计进水水质数值下对TN的控制要求。
城北污水处理厂已采用二级生物脱氮除磷处理工艺，根据本次工程确定的进水水质特点和出水水质要求，必须对二级生物硝化、反硝化部分进行加强，才能满足出水TN、NH3-N数值的要求。
目前二级生物脱氮除磷工艺主要有生物膜工艺与活性污泥法工艺两种，对AA/O池的改造，在此两方案进行比选。 3.8.2.1 活性污泥工艺
活性污泥工艺中微生物在曝气池内以活性污泥的形式呈悬浮状态，污水在曝气池中通过曝气与活性污泥充分混合，完成生物去除污染物的过程。
目前污水厂采用的工艺即AA/O工艺，但是由于出水标准的提高，造成现有AA/O生物池的硝化时间和反硝化时间不能得到保证。所以增加原AA/O生物池池容，增加缺氧、好氧段的容积或者采取新建一套新的生化系统，将部分流量分到新系统，降低现有AA/O生物池负荷，均可达到良好效果。
如采取分流量新建生化系统，从原厂总图布置来看，已无用地，必须另行征地。城北污水厂西侧已无用地；南侧为民房、北侧为长江自由贸易中心，征地需要大量拆迁；城北污水处理厂给定的东侧用地足够建设新的生化系统，但紧邻新开发的香树湾福园小区，建设污水生化处理系统并不合适，且征地费用高，约为80万/亩。
城北污水处理厂已有专门的除磷脱氮设计，且运行效果良好，因此立足于对现有的系统进行改造，可以减少用地，避免重复建设。
从污水厂总平面布置看，没有足够的改造预留用地。从现有的工艺流程分析，一、二、三期均设有初沉池，初沉池对BOD5有20％的去除作用，降低了进入生化池的BOD5浓度，碳氮比的下降不利于脱氮。因此取消初沉池，有利于TN的去除，工艺流程可以得到优化。
初沉池用地用以扩建生化池，增加缺氧、好氧段容积，延长污泥泥龄，进一步满足硝化和反硝化的要求。
同时，需对原生化池分格进行调整，调整后的泥龄≥15天，厌氧、缺氧占生物反应池的总体积比控制在40％－50％之间。
综合上述因素，本设计不考虑建一套新的系统，而是在原厂初沉池位置扩建生化池。
3.8.2.2生物膜处理工艺
污水生物膜处理是通过微生物和微型动物附着在滤料上或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥―生物膜。污水与载体上的生物膜接触，利用污水中有机污染物作为微生物的营养物质，被生物膜上的微生物所摄取，使污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。根据反应器内微生物附着生长载体的状态，生物膜反应器可分为固定床和流化床。生物膜工艺主要有生物滤池、生物接触氧化、生物流化床和生物转盘等。
由于本工程为改造工程，为充分利用现有构筑物、减少土建工程量，本工程选择生物流化床技术和曝气生物滤池作为比选方案，现分述如下。
（1）生物流化床
生物流化床即在生物池内投加填料，以此增大单位容积内的生物量，提高处理能力。 根据生物膜载体―填料的不同可有多种形式的流化床方式。本工程选择易于操作，管理简便的颗粒填料生物膜工艺作为本工程的比选方案。
该工艺是在好氧池添加悬浮介质、提供生物载体，以提高生物浓度，微孔曝气提供所需氧气以及必要的混合能量。生物填料具有有效表面积大，适合微生物吸附生长的特点。填料的结构以具有受保护的可供微生物生长的内表面积为特征。当曝气充氧时，空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。生物填料的投加可以使系统达到较高的泥龄和较低的污泥负荷。由于污泥浓度高，抗冲击负荷能力强；同时也提高了污水处理设施的污染物去除率。为避免填料离开流失，在生物池出水端，设置不锈钢
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滤网，拦截填料。
这种工艺方案是传统活性污泥法与生物膜处理工艺的有机结合，将生物膜作为传统活性污泥法工艺中悬浮生物污泥的一个重要组成部分，依靠这部分较长泥龄的微生物形成系统的硝化能力。
（2）曝气生物滤池
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，简称BAF)是在20世纪70年代末80年代初出现于欧洲的一种好氧生物膜法处理工艺。它结合了给水处理中过滤技术的先进经验，将接触氧化法与过滤法工艺有机的结合在一起。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，对废水中的有机物、氨氮、磷和悬浮固体等都有较好的去除效果。
污水从滤池上部流入，从下部流出滤池。在滤池中下部布设曝气管进行曝气，曝气管上部起生物降解作用，下部主要起截留SS及脱落的生物膜的作用。运行中，因截留了SS及脱落的生物膜，水头损失会逐渐增加，达到设计值后，开始反冲洗。一般采用气水联合反冲，底部设反冲洗的气、水装置。气水之间相互对流，一方面由于上升气泡被细小滤料不断切割，增大了气水接触面积，易于氧的转移，有利于上层滤料表面生物膜的氧化降解作用；另一方面又由于气水之间的相互搅动，使进水中的悬浮物不易于在滤料的最上层积累，从而提高整个生物滤池的储污能力，延长反冲周期。
此方案不需改造现有构筑物，而是在现有一级B标准出水的基础上增加曝气生物滤池，使出水水质能够直接达到一级A标准。
曝气生物滤池，占地省，模块化设计易于扩建，其缺点是生物接触氧化和过滤集于一体，具有专利性质，控制、运行过程复杂，自动化程度高，设备费用高，耗药量大，产泥量高。曝气生物滤池因滤料粒径较大，且运行过程中一直曝气，出水SS较高；反冲洗结束后再次运行的一段时间，出水SS更高。出水SS较高，可引起TP超标。因此本工程不考虑采用曝气生物滤池。
3.8.3 深度处理的比选
为达到回用和达标排放的目的，二级处理出水必须进一步进行深度处理。深度处理的去除对象和采用的主要处理技术见下表。
二级处理水深度处理的去除对象和所采用的处理技术
去除对象 有机物 悬浮状态 溶解状态 植物性营养盐类 微量成分 氮 磷 溶解性无机盐 微生物
《污水再生利用工程设计规范（GB50335-2002）》给出了深度处理单元技术的处理效率和出水水质
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有关指标 SS、VSS BOD5、COD、TOC、TOD TN、NH3-N、NO2-N、NO3-N PO4-P、TP Na+、Ca2+、Cl- 细菌、病毒 采用的主要处理技术 过滤、混凝沉淀 混凝沉淀、活性炭吸附、臭氧氧化 吹脱、折点加氯、离子交换、生物脱氮 金属盐混凝沉淀、石灰混凝沉淀、生物除磷 反渗透、电渗析、离子交换 臭氧氧化、消毒（氯气、次氯酸钠、UV）
项目 混凝沉淀 浊度 SS BOD5 CODcr TN TP 铁
其它单元过程的去除效率 项目 BOD5 CODcr SS NH3-N TN 色度 浊度
根据本工程的出水水质要求，常规的二级生物处理工艺不能达到要求，必须进行深度处理，采用成熟的混凝沉淀过滤工艺。
本次设计对传统混凝沉淀过滤工艺进行比较，确定混凝沉淀过滤工艺方案。 1. 混凝
混凝的主要作用包括两个方面：
（1）澄清降浊：为使二级处理出水澄清降低浊度，采用混凝方法进一步去除悬浮物和有机污染物。其主要通过双电层压缩、吸附-电中和、吸附架桥以及沉析物网捕等一系列反应，使胶体脱稳、使颗粒微小的悬浮固体凝聚成颗粒较大的絮凝体。经过后续的分离处理单元，将污水中剩余悬浮固体及有机物进一步去除，同时污水中的某些溶解物质也可以得到一定程度的去除。
（2）化学除磷：通过混凝剂与污水中的磷酸盐反应，生成难溶的含磷化合物与絮凝体，可以使污水中的磷分离出来，达到除磷的目的。
原水中投加混凝剂后，应立即瞬时强烈搅动，在很短时间内，将药剂均匀分散到水中。主要混合设备有水泵叶轮、压力水管、静态混合器、混合池等，比较见下表。
活性炭吸附 40~60 40~60 60~70 30~40 80~90 70~80 70~80 氨吹脱 － 20~30 － ≥50 － － － 离子交换 25~50 25~50 ≥50 ≥50 － － － 折点加氯 － － － ≥50 － － － 反渗透 ≥50 ≥50 ≥50 ≥50 ≥50 ≥50 ≥50 臭氧氧化 20-30 ≥50 － － － ≥70 － 50~60 40~60 30~50 25~35 5~15 40~60 40~60 处理效率（％） 过滤 30~50 40~60 25~50 15~25 5~15 30~40 40~60 综合 70~80 70~80 60~70 35~45 10~20 60~80 60~80 3~5NTU 5~10 5~10 40~70 - 1 0.3 目标水质（mg/L） 14
混合设备比较表
混合方式 利用水泵叶轮混合 特点 1. 设备简单，无需专门的混合构筑物 2. 无需额外能量，运行费用省 3. 水泵和吸水管较多时需增加投药设备 4. 吸水管中加药时，混凝剂浓度宜稍高，否则在水封箱中稀释、水解而降低混凝作用 1. 无需增添设备 2. 混合效果常不能保证，特别是在管内流量变化较大时 3. 加药管需插入压力水管内1/3-1/4管经处 4. 压力管中加药时，混凝剂溶液必须用滤网筛滤，以防堵塞水射器和转子流量计 1. 投资省，在管道上安装容易，维修工作量少 2. 能快速混合，效果良好 3. 产生一定的水头损失，为减少能耗，管内流速一般采用1m/s左右 1. 混合器用法兰安装在原水管上 2. 水头损失0.3-0.4m 适用条件 1. 适用于各种水量的水厂 2. 投药点距离絮凝池较近，否则结成的絮体可能在管道中沉淀或在进入絮凝池前破碎 3. 应设水封箱，以防止空气进入水泵吸水管 利用压力水管混合 1. 适用于流量变化不大的管道及各种水量的水厂 2. 投药口至压力管道末端距离应不小于50倍进水管径 静态混合器 1. 适用于流量变化较小的水处理工程 2. 混合器内采用1-4个分流单元 扩散混合器 1. 多用于直径为300-400mm进水管 2. 安装位置应低于絮凝池水面 3. 适用于中、小型水厂 跌水混合器 1. 药剂加注到跌落水流中，1. 适用于中、小水厂 混合快速，设备简单 2. 活动套管内外iade水位2. 产生一定的水头损失 差应保持在0.3-0.4，最3. 在混合器出水管上安装大不超高1.0m 活动套管，由套管的高低 调节混合效果 1. 混合效果较好 2. 水头损失较大 3. 当流量变化时，影响混合效果 1. 混合效果较好 15
多孔隔板混合槽 1. 适用于地下水位较高地区 2. 适用于中、小型水厂 1. 适用于地下水位较高地分流隔板混合槽