一个典型的循环式活性污泥法污水处理厂的运行——以李家沱污水处理厂为例

摘要

本硕士论文是在评估李家沱污水处理厂三年间运行状况的情况下，确定其运作效率以及遵守中国环境保护局的标准。对大多数世界各国政府来说水污染是一个重要的问题，所以要保护环境污染水体，无论怎么强调它也不为过。废水处理的不充分对人类健康，环境和城市，城镇和农村社区的经济发展都有严重后果的。饮用水污染的增加了传染病、地下水资源和当地生态系统恶化的风险。导致饮用水处理的成本显著增加，政府在缓解这个问题上也无计可施。所以，政府会在这些设施上投资，但他们处理后的污水达不到环境要求的标准，即是资源的浪费同时也导致受纳水体的污染。废水处理有的两个根本原因：防止污染，从而保护了环境；，也许更重要的是，通过保障供水和防止水传播疾病的蔓延，来保护公众健康。人类排泄物的安全处置是安全饮用水的供应一个先决条件，因为只有人类的排泄物处理的不充分供水才有可能被污染。
　　 废水处理的目的是为了减少某些污染物的浓度，使污水不影响周围环境。需要废水需要处理的情况包括：1)需要降低目前的污染水平；2)人口增加或集中所导致的废水排放显着增加；3)对污水排放的限制，水源和土地的控制污染和废水的再利用，以提高公众的健康。由于水质和处理的目的不同，水处理的过程也不相同。市区内污染和工商业活动增加所产生的污水是重庆市最主要的污染问题。
　　 中国有许多关于废水处理和特定用途的水体所能接受的水质的环境法律。在实际中，李家沱污水厂的运行遵守《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)和《城市污水处理厂排放标准》(GB18918-2002)。污水厂遵守这些标准运行是一个持续的过程。研究旨在获得中国重庆李家沱污水厂CASS工艺的基本设计信息和运行参数，评估一段时期内的运行参数来总结成功经验和发现可以改进的方面，确定这些运行参数是否满足国家环保局的标准，提出污水厂高效运行的建议。让加纳的污水厂在重庆李家沱污水厂的经验中吸取教训。活性污泥是有溶解氧存在的曝气的池子的污水中微生物的生长所产生的生化悬浮物。“活性”这个词的原因是在这种生化悬浮物中含有大量的细菌和微生物。生化悬浮物生存、生长和繁殖，目的是为了减少污水中溶解性有机物含量，其要求污水和活性污泥混合并且曝气。活性污泥的循环处理通常被设计是为了去除或减少病原体，减少有机物和无机物成分的体积，否则会污染受纳水体或导致水体富营养化。
　　 本研究在位于重庆市北部的李家沱污水处理厂进行，该污水厂采用的CASS工艺(循环式活性污泥系统)。为确定污水厂的处理效率，对近三年(2009年01月-2011年10月)的数据进行了分析。在测定分析参数时进行了一系列实验，如分光光度法和消解实验等。结果以图表和线形图的方式来表达，并且用统计方法来解释他们。所分析的参数包括生化需氧量(BOD)，化学需氧量(COD)，悬浮固体(SS)，总氮(TN)，总磷(TP)，氨氮(NH3-N的)和pH值。
　　 在数据测定期间，281天中的78％的天数观测的流量平均值为26，649 m3/d，它占水厂处理能力的66.6％。与40，000 m3/d的水厂处理能力相比，该水厂一年中大多数天数的水处理量都只达到了水厂处理能力的一半。考虑到季节变化的影响，与夏季相比冬季的水处理量的水平的测定值相对较低。这是由于人们在此阶段对使用水的情况在改变。由于冬季温度比较低人们对水的使用量减少，而当夏季温度高至40℃时用水量会明显升高。夏季测定的最高处理水量为40，000m3/d，其仅稍微高于水厂处理能力40，000 m3/d。在夏季和秋季污水厂处理水量的测定值明显高于年平均值26，600 m3/d，这主要是由于一年中这段时间的温度相对较高。2011年测定处理水量的平均值为3.67±0.47×103m3/d。从春季到夏季处理水量的测定值在增加，并且连续三年夏季的处理水量测定值最高，这就说明居民用水量影响污水处理厂的处理水量。
　　 2009年TP的测定值均在规定的范围之内，其平均值为1.06mg/l，上下波动值为0.17mg/l。可以看出除了在年初TP去除率有一些波动外，2009年大部分时间TP去除率是十分稳定的。在置信度为0.05的条件下p值为2.06×106，这说明2009年的TP去除率为0.94与2010年的0.90相比有明显差异。在2010年后期TP去除率有一定的波动。2010年和2011年的TP去除率都为0.90。在置信度为0.05的条件下p值为0.81，这说明2010年的TP去除率与2011年的相比没有明显差异。
　　 在测定期间TN的去除率在20％到80％之间变化，其平均值为59％。一年的大部分时间TN去除率在50％左右。2010年测定的平均值为0.55，其去除率在50％到60％之间徘徊。由t检验可得2009年，2010年和2011年的平均值之间有明显的差异，他们的平均值分别为0.59、0.55和0.52。允许排放的BOD值是20mg/l，去除率为88.9％。从图中可以看出，一年的大部分时间BOD去除是非常有效的。平均值为6.71mg/l和4.40mg/l，2011年测定的BOD平均值为3.39mg/l，其平均去除率为95.8％。2009年和2010年测定的平均去除率分别为93.6％和95.7％。t检验统计表明2010年比2009年BOD去除更有效。2010年与2011年比较，t检验显示p值为4.52×10-9，其小于0.05的临界值。这表明2010年与2011年的BOD去除率相比有一定差异。与2011年相比，2010年对BOD的去除更有效。
　　 2009年测定的COD均值为23.5mg/l，去除率为89.2％，而在2010年的COD均值为20.1mg/l，去除率为91.0％。2010年的COD均值为18.7mg/l，去除率为90.2％。在0.05的置信度下t检验p值为6.35×10-12，这表明2009年的COD去除率与2010年相比有一定差异。p值远小于临界值0.05，这说明2009年的去除率与2010年的去除率有明显的差异。最后一年的去除效率高于前两年。测定的SS去除率在80％到100％之间。在2009年的冬末和夏季向秋季过渡期间SS去除率有一定波动。2009年的SS平均测定值为9.7mg/l，去除率为93.1％；而2010年SS平均测定值为10.0mg/l，去除率为93.6％。在2010年SS去除率升高是因为在这年的大部分时间里测定的去除率均高于90％。2011年的SS去除率仍在允许的范围内，这年的大部分时间里测定的去除率均高于90％。2011年的平均去除率为94.6％，测定的SS平均值为8.0mg/l。
　　 NH3-N的去除率主要在90-100％之间，而TN的去除率主要在30-80％之间。总氮平均去除率为60％，而NH3-N的平均去除率为97％。2009年时在去除NH3-N方面与TN相比已经具有很高的效率。记录的NH3-N平均值为0.98±1.3mg/L，而记录的TN平均值为34.6±13.8mg/L。随着这一年的8月至9月和11月至12月中发生的一些重要的flactuations，TN的去除率为20-80％，而NH3-N的去除率为80-100％之间。TN的平均值为13.1mg/L其所占的百分比为55.1％，而NH3-N的平均值为2.9mg/L其所占百分比为89.3％。在秋季和初冬这段时期内发现flactuations会影响其平均值，否则去除氨氮一般都是有效的。年底时，在TN的去除率正常化之前的4月和8月之间会出现很多的flactuations。在2011年，对废水中总氮去除时显示了一个增加的flactuations。NH3-N的去除率主要在65％-100％之间，而TN的去除率主要在20％-70％之间。NH3-N的平均去除率为52.1％，而TN的平均去除率为94.1％。2011年，NH3-N的去除效率更大地超过TN的去除率。
　　 在2009年时BOD/COD的比率为0.5与限定值0.51相近。这意味着，这一年进厂的废水易生物降解，可用活性污泥工艺进行处理。在2010年和2011年的BOD/COD的值分别为0.1和0.4。这些值都低于限定值0.51，这表明对那些年的进水进行生物降解是比较困难。这可能是由于进水的高营养含量。BOD/TN给出了一个从废水中的除氮的迹象。李家沱水厂用的限定值为4.5或以上。三年的比例均低于限值。这使得废水中的氮含量高。可以看到在TN和NH3-N曲线上显示了在一年中的某些时候的一些波动。这使其脱氮工艺的排放值在排放前难以得到满足。
　　 2009年和2010年的BOD/TP的比例均高于可接受值37.5，这表明，这两年的除磷效果是令人满意的，然而在2011年，其值为30.9，低于标准值。可以从TP的去除率曲线上看到，2011年第四季度的曲线波动导致高磷含量。三年的TN/NH3-N比例都在1以上。这显示了在废水中的总氮含量，而不是以NH3-N的形式。
　　 废水处理在加纳还是在起步阶段。只有5％的人口处置废液是通过污水处理网络连接到污水处理厂的。在大多数家庭和设施中，污水的处理是现场或场外进行的。一个现场处理的例子就是用化粪池，这是家中普遍存在的。这种处理像滴滤池一样很机械化，活性污泥法或非机械处理如厌氧处理，稳定池塘等。在加纳发现的主要处理方法包括稳定池塘，滴滤池和活性污泥。根据全球水供应和卫生评估2000年的报告，63％加纳人口的卫生设施得到了改善，城乡中卫生设施得到改善的人口分别为62％和64％。在加纳对工业废水是最小限度的处理。一些行业和屠宰场进行了一些初级的处理。在加纳的大部分污水处理设施都是用作粪便污泥和污水的处理。污水处理系统接收来自排水系统的污水，而粪便污泥处理厂接收用卡车运送的来自化粪池和公厕的废物。加纳在水污染防治和污水处理方面有很多需要向中国学习其经验的地方。