2007年,太湖蓝藻爆发,为改善水质,太湖流域城镇污水处理厂提标改造工作拉开序幕。本论文依托于苏州吴中区城南污水处理厂二期工程实际案例,主要对污水处理厂深度处理工艺方案如何确定、深度处理系统在不同运行模式下的处理效果和能耗进行了研究。通过对城南污水处理厂一期工程各工艺段设计参数和实际运行情况进行总结,一期工程存在:进水COD、SS、TP基本符合原设计进水指标,但BOD比原设计指标偏低,氨氮、TN比原设计指标偏高,对于生物处理系统反硝化的碳源利用造成影响,出水总氮有超标风险;现有工艺废水经二沉池沉淀后直接消毒排放,出水SS难以达到一级A排放标准;现有工艺在生化池出水端投加化学除磷药剂,存在药剂混合条件不易控制,处理效果不稳定;沉淀后含药剂的化学污泥难以及时排除,随回流污泥返回至曝气池,易引起药剂累积所导致的活性污泥活性抑制甚至中毒等风险。在对污水处理厂进出水水质进行充分论证确定后,对各污染物指标去除率和水质特性进行了详细分析,确定了整体工艺流程和工艺路线的方向,再通过对高效反应沉淀池联用纤维滤池工艺、elimi-NITE反硝化深床滤池工艺和反应沉淀池组合微滤机工艺这三种深度处理组合工艺的全面技术经济比较,确定了本项目深度处理工艺最适宜采用高效反应沉淀池联用纤维滤池工艺。在确定了工艺路线后,对各工艺段技术参数进行了优化设计。在运行阶段,对深度处理系统运行效果进行了验证,同时为了优化运行效果,达到节能降耗目标,对深度处理系统进行了多种不同运行模式下COD、氨氮、总磷、SS去除率和能耗情况的试验对比,在仅投加Fe Cl3药剂情况下,深度处理系统COD去除率为25%、TP去除率为40%、SS去除率为66%,滤池反洗间隔时间为20.5小时,运行成本最低,是深度处理系统的最优运行模式。