案例：總磷限值0.05mg/L的污水廠升級改造怎么做？
昆明市第十四污水處理廠設計規模20萬m³/d，配套建設一級強化處理設施規模40萬m³/d，采用全地下建設型式，出水水質標準優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準，其中TN為5mg/L，TP為0.05mg/L。處理工藝采用二級生化+生物濾池+氣浮池+炭砂濾池+消毒工藝，處理后的尾水排至金汁河，回補河道滿足景觀水體要求。
1工程概況
昆明市第十四污水處理廠服務范圍位于昆明主城北片區，北至西北繞城線-松華壩水庫，南至長虹路-圓通山-聯盟路，西至云南警官學院-長蟲山，東至穿金路-清水河-金渾公路-支161公路，規劃面積約69.3km²，規劃人口117萬人。轄區內已建2座污水處理廠，分別為第四污水處理廠，設計規模6萬m³/d;第五污水處理廠，設計規模18.5萬m³/d，污水收集管網干管系統基本形成。目前第四、第五污水處理廠均滿負荷運行，且兩廠均無擴建用地。根據服務流域內水量監測污水量已達到30萬m³/d左右，考慮到北片區地塊快速發展趨勢，規劃年限污水量將增加到44.5萬m³/d。現狀污水處理設施無法滿足片區污水處理需求，有必要盡快新建污水處理廠，擬建的第十四污水廠位于盤龍江東側、寶云路南側、灃源路北側，盤龍區政府的西側，總用地約7.83hm²，現狀為公園綠地及待建空地，地勢較低。
2設計進出水質
2.1旱季出水水質
按照《滇池流域水環境保護治理“十三五”規劃(2016~2020年)》及《滇池保護治理三年攻堅行動計劃實施方案(2018~2020年)》的要求，結合國內其他地區高標準城鎮污水處理廠尾水排放標準及滇池藍藻暴發成因研究成果，昆明市第十四污水處理廠出水水質要求達到昆明市實施的《昆明市城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》A級標準(水質指標見表1)。
2.2雨季出水水質
目前，第十四污水處理廠服務范圍內，即主城北片區存在著嚴重的雨季合流污水溢流污染問題，對盤龍江的水質保護和滇池水環境的改善造成了不利影響，因此，本工程在確定雨季處理規模時，充分考慮了服務范圍內雨季面源污染負荷的削減。但是，考慮到節約污水處理廠建設投資和運行成本，同時考慮到本工程尾水受納水體金汁河、盤龍江在雨季時流量增大，水體環境容量增加，雨季時合流污水處理工藝進行了分類，在充分利用旱季污水處理設施高峰能力，并達到旱季出水標準的前提下，對超量合流污水采用一級強化處理，最大限度減少合流污水的污染。出水水質達到昆明市實施的《昆明市城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》E級標準(水質指標見表1)。
2.3設計進出水水質
根據昆明北片區已建的第四、第五污水處理廠旱季及雨季現狀水質統計分析，考慮周邊發展區域的性質，設計進出水水質匯總如下(水質指標見表1)。
由表1分析可見，旱季出水標準執行更為嚴格的昆明市地方標準《昆明市城鎮污水處理廠主要水污染物排放限值》中A級標準，尤其COD、TN、TP優于GB18918-2002一級A指標。雨季超量的合流污水出水標準執行《昆明市城鎮污水處理廠主要水污染物排放限值》中E級標準。
3處理工藝
本工程出水水質要求較高，僅靠常規二級生化脫氮除磷功能的污水處理工藝，無法大幅度削減COD、BOD5、SS、TN、NH3-N、TP等污染物濃度，要達到昆明地標A級排放標準，在二級生化處理的基礎上，還要增加深度處理工藝。
常見二級生物脫氮除磷工藝有AAO、氧化溝、MSBR和MBR等工藝，每種處理工藝各有特點，在國內外均有較多成功案例，考慮到本工程為地下污水處理廠，重點比選了多段AAO+雙層二沉池和MSBR工藝，為盡量減少地下箱體的占地面積，推薦二級生化處理工藝采用MSBR工藝。
深度處理工藝包括生物深度處理和物化深度處理，生物深度處理主要用于進一步降低COD、BOD5、TN及NH3-N等指標，通常采用生物濾池、MBBR工藝等，其中生物濾池應用較廣。物化深度處理主要用于去除SS、TP、COD、BOD5、重金屬、細菌、病毒等，通常采用混凝沉淀、混凝氣浮、過濾、活性炭吸附、臭氧氧化及膜技術等，視處理目標的不同，可以采用以上工藝的組合。考慮到高速氣浮處理占地小、表面負荷高、除磷效果好等特點，物理除磷技術采用混凝+高速氣浮工藝;臭氧氧化和膜技術雖然對COD、SS、色度等處理效果好，但是運行成本較高，為保證COD、SS指標達標推薦采用砂過濾+活性炭吸附工藝，視出水水質可超越活性炭濾池。
綜合以上分析，本工程對旱季出水指標較高，處理工藝經多方案比選，推薦采用MSBR+生物濾池+混凝氣浮+砂過濾+活性炭吸附+消毒工藝，工藝流程如圖1所示。
4建設型式及平面布置
昆明主城北片區地勢北高南低，東西兩側地勢較高，向中部盤龍江落坡，擬建污水處理廠靠近城北片區南側，片區地勢較低，并且靠近河道，方便尾水排放和中水回用。由于北片區開發強度較高，可供建廠的空地較少，經多廠址比選，現狀田溪公園地勢開闊，拆遷量較小，地勢較低，適合建廠，總控制用地約7.83hm²，按照綠地規劃要求，不能因污水處理廠建設減少綠地面積，因此污水處理廠建設型式采用地下式，污水處理廠建成后原狀恢復公園。
根據現場建筑物、河道、地下管線實際情況，地下污水處理廠南北向布置，南北長500m，東西寬177m，地下箱體形狀不規則。地下箱體總平面布置如圖2。
5主要設計參數
5.1預處理構筑物
預處理構筑物包括粗格柵間及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池，設計規模按照旱季20萬m³/d，雨季增加40萬m³/d，一次建成。
5.2一級加強處理構筑物
一級加強處理設計規模40萬m³/d一次建成，構筑物型式采用高效沉淀池，共4座，每座2池，總尺寸L×B×H=60.1m×53m×9.3m，沉淀區表面負荷9.3m³/(m²·h)，混合區水力停留時間51s;絮凝池水力停留時間13.1min。
5.3MSBR反應池
設計規模20萬m³/d，混合液濃度MLSS為3.5g/L，污泥負荷LS為0.064kgBOD5/(kgMLSS·d)，總停留時間HRT為25h(含沉淀時間)，最大氣水比7.4∶1，剩余污泥產量23551kg/d，碳需氧量125kgO2/kgBOD5，氮需氧量4.6kgO2/kgTKN，空氣堰堰口負荷7.95L/(m·s)(平均)、10.34L/(m·s)(高峰)，有效水深8m。
5.4反硝化生物濾池
設計規模20萬m³/d，設計濾速(高峰)為8m/h，強制濾速(高峰、一格反沖洗)為8.7m/h，反硝化負荷為0.13kgNO-3-N/(m³·d)，空床接觸時間(高峰)為26.2min;碳源為30%有效含量的液態乙酸鈉。
5.5高速氣浮池
設計規模20萬m³/d，接觸區上升流速表面負荷為60～70m³/(m²·h)，分離區向下流速表面負荷為9～10m³/(m²·h)，溶氣壓力為0.35～0.4MPa，回流比為20%～30%。
5.6氣水反沖洗砂濾池
設計規模20萬m³/d，濾池共2座，每座6格，高峰流量濾速為8.26m/h，強制濾速為9.92m/h。單格有效面積為110m²。氣水同時反沖洗時，氣洗強度55m³/(m²·h)，水洗強度15m³/(m²·h);單獨水反沖時強度為15m³/(m²·h)，反沖洗全過程伴有表面掃洗，表面掃洗強度8m³/(m²·h)。
5.7活性炭濾池
設計規模20萬m³/d，濾池共1座，12格，設計濾速(高峰)為14.1m/h，強制濾速(高峰、一格沖洗)為15.4m/h，活性炭濾料厚度為3m，空床接觸時間(高峰)為12.7min。連續運行，根據濾池水頭損失，對濾池進行反沖洗。
6工藝流程各階段污染物負荷消減分析計算
本工程對出水水質要求較高，工藝流程各階段對污染物負荷消減的側重點不同，通過二級生化處理對各污染物大幅消減，反硝化濾池通過補充碳源進一步生化處理加強TN的去除。在二級生物除磷的基礎上通過高速氣浮池加藥除磷增強TP的消減，濾池通過砂濾和活性炭吸附加強對SS、COD等污染物的過濾和吸附去除，最后通過加氯消毒保證中水回用水質達標，通過紫外消毒保證出水水質達標。工藝各階段對污染物負荷削減計算過程如圖3所示。
7設計要點
由于污水處理廠位于地面下，為了防止污水處理廠水淹，總進水處需至少設置一道正向速閉閘門，并且速閉閘門現場按鈕箱應抬高至操作平臺以上1.5m以上。粗細格柵選型應根據格柵上部凈空高度選擇，粗格柵選型宜為回轉式、動軌式，細格柵選型宜為內徑流式或轉鼓式。曝氣沉沙池排砂方式宜采用池底螺旋排砂，便于密封除臭，采用行車式吸砂，池體上部需要橡膠板密封除臭，效果欠佳。
地下污水處理廠反應池池型宜選擇溝流式，可以減少立柱對水流流態的影響;好氧區曝氣巡視觀察不便，曝氣盤連接管道宜選用不銹鋼管道，壽命優于塑料管道。地下污水處理廠檢修不易，各池均宜設置單格放空措施。
為便于觀察紫外消毒池出水水質，消毒池上部易敞開，除地下箱體照明外此處宜增加燈光照明強度。中水回用消毒劑次氯酸鈉屬危險化學品，不得放置于地下箱體內，可放置在頂板以上，節約空間，加藥靠重力進藥，無需進藥泵。由于地下污水處理廠鼓風機散熱不易擴散，宜配備空調系統。受地下污水處理廠凈空限制，脫水機房污泥料倉宜采用“矮胖型”，并且此處頂板宜局部抬高，增加凈空高度。
現行建筑防火規范中對地下式污水處理廠地下建筑并未有明確的相關條款，消防設計需要與當地消防部門密切溝通。地下污水處理廠在除臭系統及通風系統的作用下，產生的可燃性氣體遠低于該氣體的爆炸燃燒極限，并遠低于《建筑設計防火規范》(GB50016-2014)中規定的“可不按物質火災危險特性確定生產火災危險性類別的最大允許量”，地下箱體內臭氣(可燃性氣體)將維持在一個相當低的濃度水平，一般不做防爆要求。
8小結
(1)設計出水標準要求高，出水指標COD20mg/L、TN5mg/L、TP0.05mg/L等優于GB18918-2002一級A標準。
(2)采用MSBR工藝加反硝化生物濾池、氣浮池、過濾、活性炭吸附等組合工藝，保證處理效果。可根據進水水質的變化，超越部分處理單元，運行管理方便，節省運行費用。
(3)受選址影響，為了體現環保、節能、節地、綠色的理念，本工程采用全地下布置型式。與地上污水處理廠相比，用地面積節省50%以上;由于設備及構筑物均位于地下，產生的噪音、震動不會對周邊環境造成影響;產生的臭氣處于全封閉空間，便于收集處理。另外污水處理廠位于地下，溫度較恒定，有利于污水處理工藝各階段的穩定運行。頂部建成對公眾開放的公園，美觀性較好。
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