案例：美国斯蒂克尼污水处理厂
1工程概况斯蒂克尼污水处理厂(图3)位于美国芝加哥西南部，建于芝加哥环境卫生和航行运河(Chicago Sanitary and Ship Canal)沿岸，占地1.67 km2。该厂分为西厂和西南厂两个部分，西厂于1930年建成投入运行，仅具有对全厂40%的污水进行初级处理的能力。
1935年开始在西厂的西南侧建设以活性污泥法为主要处理工艺的西南污水处理厂，并于1939年正式投入运行，能够对全厂60%的污水进行初级处理，同时对全厂的污水进行二级处理。经过1949年和1975年的两次扩建，斯蒂克尼污水处理厂形成了现有的455万m3/d的二级处理规模。
斯蒂克尼污水处理厂处理的污水包括市政污水和少部分工业废水。市政污水主要来自芝加哥中心城区以及周边46个社区的合流制污水收集系统，该系统现服务人口数量约230万，服务区域面积约673.4 km2。进水中工业废水的水量约占全部处理量的7.4%。
斯蒂克尼污水处理厂鸟瞰图
2.1.1 污水处理工艺
斯蒂克尼污水处理厂设计日均处理量为455万m3/d，设计最大处理量为545.1万m3/d，处理全过程需要约12 h。2017年日均处理量为256.3万m3/d。
进入西厂的污水首先经过粗格栅、细格栅过滤，再由撇渣池除去浮沫和油脂，随后进入双层沉淀池进行沉淀，最后进入西南厂进行二级处理。
进入西南厂的污水首先经过粗格栅过滤，再由曝气沉砂池去除浮渣，随后进入重力沉淀池进行沉淀，处理出水和由西厂汇入的初级处理出水一起进入四通道曝气池(每条通道尺寸为132.3 m×10.4 m×4.6 m)进行二级处理，流入二次沉淀池(直径为38.4 m，边缘深度为4.3 m)后排至芝加哥环境卫生与航行运河。
2.1.2 污泥处理工艺
斯蒂克尼污水处理厂的污泥处理工艺包括重力浓缩、离心脱水和厌氧消化等环节。污泥经过上述处理流程后，固体浓度提高约25%~30%，随后由厂内铁路运输至约9 km远的固体处理区进行离心、风干等处理，在固体浓度达到60%~70%后的产物与木屑混合，可用于高尔夫球场和生产草皮等。
2.2 处理规模分析
美国芝加哥市的供排水系统都属于大芝加哥供排水体系，该体系供水系统服务600万人，供水量为378.5万m3/d;排水系统服务500万人，系统污水处理量为466.0万m3/d。排水体制为合流制，排水系统共划分为7个区域，终端分别为规模不同的7家污水处理厂，斯蒂克尼污水处理厂是其中规模最大的一家。大芝加哥污水处理部门(MWRD，Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago)曾对比分析当地5家污水处理厂的运行成本，结果表明规模较大的污水处理厂平均运行成本低于规模较小的污水处理厂。
随着城市发展，芝加哥市及其周边地区排水系统的合流制污水溢流量增加，污水处理厂在雨季经常超负荷运行，迫使未经处理的污水流入河道。因此，在20世纪70年代初期，市政当局提出隧道与水库计划(Tunnel and Reservoir Plan，TARP)，该计划包括建设一条160 km长的深层隧道及3座大型调蓄设施(如图4所示)，总调蓄规模达7 779.0万m3。该计划工程分为两期进行，经过25年的施工，一期建设已经完成，二期建设将于2029年完成。随着TARP的建设完成，斯蒂克尼污水处理厂雨季进厂水量经过调蓄设施的峰值削减将趋于平稳。
大芝加哥地区隧道与水库计划
2.3出水指标与运行状况
斯蒂克尼污水处理厂的处理尾水通过排放口001排放至芝加哥环境卫生与航行运河，其主要污染排放指标与浓度限值，以及排放口001的实际水质状况如表5所示。
表5 斯蒂克尼污水处理厂主要污染指标限值与实际出水水质情况
美国：斯蒂克尼污水处理厂 - 环保之家
除上述主要出水水质指标外，监控的水质指标还包括硬度、镉、总氮、DO、生物急性毒性等。
该厂须对所有接收的旱季污水和初期雨水进行处理。雨季情况下，当进厂流量少于旱季平均流量的十倍时，所有进厂污水需经过二级处理;当进厂流量高于旱季平均流量的十倍时，超出的流量至少须经过一级处理，由指定CSOs排放口排放。
2.4升级改造与发展规划
根据伊利诺伊州东北规划委员会(Northeastern Illinois Planning Commission)的预估，2000年至2040年间，斯蒂克尼污水处理厂服务区域的人口增长约为17%，服务人口的增长带来的污水水量增加幅度仍在该厂的设计规模之内。该厂平均处理水量因TARP的逐步完成预计略有增加，但仍低于设计处理量，因此该厂暂无扩建计划。
斯蒂克尼污水处理厂近期的设备优化项目计划将西厂初级处理系统中于1930年开始投入使用的双层沉淀池替换为直径48.8 m的圆形沉淀池，并建设曝气沉砂池。远期将注重厂内设施的升级改造和工艺优化，减少能源消耗，目标在2023年实现污水处理能耗的自给自足，同时将更加侧重于臭味的控制。
3总结与建议
针对不同的气候环境特征及发展规划目标，美国底特律污水处理厂与斯蒂克尼污水处理厂在旱季与雨季污水处理工艺切换、近期与远期处理规模平衡、污染指标监测及报告等方面发展出了符合当地实际情况的运行模式，为我国特大型污水处理厂今后的发展需求和运行管理提供参考。
面对运行压力大、负荷率高、环保标准提升等问题，特大型污水处理厂的规模提升与提标改造十分必要。特大型污水处理厂扩建规模的确定建议应与城市发展规划相结合，透彻分析扩建规模需求，从技术、经济、环境等多角度评估可行方案，同时确保污水处理厂扩建规模在经济上和环境影响上的平衡。在项目短期规划的同时，也从长期角度考虑，分期建设达到目标。
我国的特大型污水处理厂在远期发展上应进一步考虑臭味控制、污泥处置、能源利用和尾水深度处理等设备优化升级方向。污水处理厂内可通过增设雨水调蓄设施应对雨季峰值流量，建立雨季管理预案，应对雨季流量。
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