随着污水排放标准的提高,城镇污水处理厂的提标增效工作引起了广泛关注。太湖流域作为中国经济高度发达的地区之一,推进太湖流域城镇污水厂的提标增效更是势在必行。在“十一五”到“十三五”期间,国家相继设立了多项水专项课题以研发新技术来升级和改造太湖流域现有的城镇污水厂。然而,现有技术的研发和应用较为分散,缺少针对不同处理目标相应提标增效技术的系统总结和评估,难以给实际的工程应用和推广提供有效的借鉴和参考。本研究基于文献调研、水专项研究成果资料整理以及实地考察等方式,从一级A和高排放标准达标两个方面对太湖流域城镇污水厂提标增效技术进行集成,并阐明相关工艺的使用条件和技术参数,在此基础上,通过代表性实际工程进一步说明其运行成效。采用生命周期评价对具有代表性的升级改造工艺进行评价,探究不同工艺的环境风险,以期为我国污水厂新建和改造工程的有效实施提供较为重要的技术支撑。主要研究结果如下:（1）太湖流域现有的312座城镇污水厂中（数据截止至2020年）,A~2/O工艺是主导的污水处理工艺,占比55.1%;污水厂以<10万m~3/d的中小规模为主,共占比84.94%;污水厂的排放标准主要包括一级A标准和更为严格的DB32/1072-2018（江苏省太湖流域）和DB 33/2169-2018（浙江省）地方排放标准,部分污水厂正在进行升级改造以执行准IV类标准。另外,太湖流域污水厂的吨水占地面积平均值为1.46±0.80 m~2/m~3·d,普遍低于全国平均水平（1.52 m~2/m~3·d）,说明太湖流域污水厂趋向于发展集约高效的污水处理模式。（2）太湖流域城镇污水厂针对一级A排放标准的提标改造技术主要包括预处理单元优化技术、二级生物处理强化技术和一级A稳定达标的尾水处理技术。预处理单元优化主要是针对污水厂无机组分偏高和低C/N的进水特征而提出,通过设置细格栅和膜格栅进一步去除污水中较小的SS,以及优化初沉池的运行模式,避免内碳源的过早消耗。二级生物处理强化技术主要是针对TN出水要求较高污水厂的升级改造,包括A~2/O-MBBR、A~2/O-A/O和A~2/O-A-MBR改造技术。A~2/O-MBBR改造技术较多应用于无预留建设用地污水厂的升级改造,通过在二级生物处理系统中投加悬浮填料可有效增强功能微生物的生物量和生物活性,强化体系的脱氮除磷能力。A~2/O-A/O较多应用于有预留建设用地污水厂的升级改造,通过后置厌氧和好氧可强化生物处理系统的硝化和反硝化能力。A~2/O-A-MBR改造技术较多应用于进水碳源较低且对出水水质要求严格的污水厂升级改造,通过后置缺氧池强化内碳源在反硝化过程中的利用,MBR工艺的后置可改善生物处理系统,提高了低C/N比污水脱氮能力,抗冲击负荷和冬季低温的抵御能力。一级A稳定达标的尾水处理技术是针对强化去除尾水中P、SS、COD和色度,主要包括高效沉淀池、磁混凝高效沉淀池、滤布滤池和V/D滤池。磁混凝高效沉淀池较多应用于用地紧张,水力负荷较高污水厂的升级改造。滤布滤池较多应用于用地紧张、水力高程有限时的改造;V/D型滤池适用于用地充足、运行管理水平有限时的升级改造。通过梳理相关研究成果和现场调研后,推荐的两种一级A稳定达标工艺分别为:（1）粗细格栅→曝气沉砂池→A~2/O-A/O→磁混凝高效沉淀池→滤布滤池→消毒（以宜兴城市污水厂为例）和（2）粗细格栅→曝气沉砂池→膜格栅→A~2/O-A-MBR→消毒（以无锡硕放污水厂为例）。通过对这两座污水厂进出水水质一年的跟踪监测发现,宜兴城市污水厂和无锡硕放污水厂出水COD、氨氮、总氮和总磷年均值分别为24.74±2.88、0.57±0.16、8.51±0.67、0.15±0.05 mg/L和14.4±4.2、0.62±0.78、7.7±3.0、0.23±0.11 mg/L,均能稳定达到一级A标准。（3）太湖流域城镇污水厂针对高排放标准的提标改造技术主要包括反硝化滤池（DNF）和人工湿地（CWs）尾水强化脱氮深度处理技术。DNF尾水强化脱氮深度处理技术主要应用于总氮难以达标污水厂的升级改造,包括反硝化生物滤池和反硝化深床滤池两种,其中反硝化深床滤池的总氮去除率较低,更适用于含低浓度硝酸盐尾水的深度处理。滤料作为DNF的核心,目前多以石英砂和生物陶粒为主,由于尾水中碳源严重不足,DNF的脱氮性能往往依靠外加乙酸钠、冰醋酸等外加碳源来维持,研发硫基和铁基滤料强化自养反硝化过程在“双碳”背景下显得尤为重要。CWs尾水强化脱氮深度处理技术往往适用于预留有建设用地或者附近有废弃水塘的中小规模污水厂的升级改造。湿地植物和基质填料作为湿地去除污染物的核心要素,在综合考虑生长环境和污染物去除性能后,认为适合太湖流域污水厂尾水CWs的沉水植物有金鱼藻和黑藻,挺水植物有芦苇、美人蕉和水芹,漂浮植物有凤眼莲,浮叶植物有荇菜等;基质填料可选择砾石、粗砂、火山岩和沸石等天然矿物或粉煤灰和混凝土块等工业废弃物。通过梳理相关研究成果和现场调研后,推荐的高排放标准达标的尾水深度处理工艺分别为:（1）以石英砂（生物陶粒）为滤料的反硝化深床滤池（反硝化生物滤池）（以常州城北污水厂为例）和（2）表面流湿地+水平潜流湿地+后置稳定塘的人工湿地（以嘉兴城东再生水厂为例）。通过对这两座污水厂进出水水质一年的跟踪监测发现,城北污水厂和嘉兴再生水厂年出水COD、氨氮、总氮和总磷年均值为18.19±0.49、0.28±0.11、6.27±0.78、0.09±0.02 mg/L和11.84、0.029、11.02、0.141 mg/L,均能稳定达到地方高排放标准。（4）采用simapro9.0软件对A~2/O工艺（S1）和常用的A~2/O+DNF（S2）、A~2/O-A/O+DNF（S3）和A~2/O-MBBR+DNF（S4）三种代表性改造工艺运行阶段环境影响进行评价。结果表明:相较于未改造前的S1工艺,S2、S3和S4三种改造工艺运行阶段的Eutrophication指标分别下降了10.7%、13.2%和21.6%,但Ozone layer depletion、Global warming和Human toxicity等指标均有所上升,说明在提标改造后污水厂出水水质有所提升,但整体环境负荷增大。结合环境影响和环境效益综合来看,投加悬浮填料的S4升级改造工艺整体上优于S2和S3。